Ciência que estuda sons produzidos por animais, bioacústica tem desenvolvimento impulsionado com uso de IA
Na última década, a bioacústica — ciência que estuda os sons produzidos por diferentes espécies — foi impulsionada por avanços tecnológicos como a inteligência artificial (IA) e o monitoramento acústico passivo (PAM). Ela é fundamental para a captação dos sons dos animais, que não só são capazes de desvendar os comportamentos de uma espécie, como também fornecem pistas sobre os riscos que um ecossistema enfrenta e até mesmo sobre as mudanças pelas quais o planeta está passando.
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A integração das novas ferramentas levou a um progresso substancial em três áreas do conhecimento: identificação e censo de espécies em diversos habitats, análise de padrões e dinâmicas acústicas e monitoramento mais preciso do impacto do ruído antropogênico.
Dispositivos de código aberto permitem que cientistas e cidadãos com interesses científicos implantem redes de microfones digitais em todo o mundo para monitoramento de longo prazo. Esses aparelhos podem até mesmo captar frequências ultrassônicas, como o voo de uma mariposa. Inclusive, um estudo recente revelou que as plantas emitem sons ultrassônicos, que podem ser ouvidos pelas mariposas, possibilitando-as decidir o melhor local para depositar seus ovos. Esta interação acústica também é possibilitada por novas tecnologias que permitem catalogar facilmente essas frequências sonoras.
Outras ferramentas, como hidrofones avançados, têm contribuído significativamente para o monitoramento de áreas marinhas. Microfones subaquáticos de alta precisão estão sendo utilizados para monitorar populações de cetáceos e outros organismos aquáticos, possibilitando estudos menos invasivos e protegendo ecossistemas em tempo real. Um exemplo disso é o trabalho desenvolvido pela Administração Nacional Oceânica e Atmosférica dos Estados Unidos (NOAA, na sigla em inglês) no estudo da acústica de mamíferos marinhos.
A NOAA utiliza monitoramento acústico passivo para detectar baleias e mitigar ameaças como colisões com embarcações. Duas décadas de pesquisa permitiram identificar como os mamíferos marinhos produzem uma ampla gama de sons que os ajudam a navegar, encontrar alimento e se comunicar. Esses sons podem ser usados para identificar animais por espécie ou grupo.
Os misticetos (baleias de barbatanas) emitem pulsos e gemidos de baixa frequência, enquanto os odontocetos (baleias dentadas) emitem assobios de média a alta frequência e cliques de ecolocalização.
Os pinípedes (focas e leões-marinhos) emitem grunhidos, bem como trinados e latidos de frequência baixa a média. Este é, em linhas gerais, o glossário básico de uma linguagem que os especialistas usam para realizar estudos comportamentais cada vez mais precisos, mas também para monitorar indivíduos e grupos.
São utilizados hidrofones com diferentes alcances e, para otimizar a análise, os dados gravados são processados com detectores acústicos especializados na detecção dos sons de cada espécie. Esses detectores conseguem distinguir os sons característicos dos mamíferos de ruídos de fundo, como os de outros animais, vento, ondas e ruído de navios.
Os cientistas podem analisar sons em um espectrograma (uma representação visual do som) e identificar quais espécies estão presentes e o que elas podem estar fazendo. Redes neurais podem identificar e classificar automaticamente as vocalizações das espécies, permitindo que os cientistas analisem dados em uma escala e velocidade maiores.
As baleias-cachalote emitem cliques de ecolocalização para detectar suas presas, enquanto as baleias-jubarte machos emitem cantos elaborados para atrair parceiras ou estabelecer território.
Um novo estudo alertou que os narvais param de usar a ecolocalização e abandonam a área quando expostos ao ruído alto de um navio.
Isso também indica que esses mamíferos marinhos são sensíveis a sons a mais de 20 quilômetros de distância, o que contribuiu para seu declínio de cerca de 90% nas últimas duas décadas. O ruído do transporte marítimo global dobra a cada 11 anos, com consequências muito graves para os ecossistemas marinhos.
Códigos secretos
Assim, as paisagens sonoras — a combinação de sons bióticos, abióticos e antropogênicos — atuam como indicadores de saúde ambiental. A bioacústica torna-se uma ferramenta fundamental para compreender e mitigar o impacto do ruído antropogênico (navios, construções, estradas) nos ecossistemas, bem como para entender novos comportamentos de espécies moldados pela atividade humana.
Agora, o desafio para a IA é classificar corretamente tanta informação. Um estudo recente da Universidade de Wolverhampton, no Reino Unido, utilizou um modelo desenvolvido com memória associativa usando uma rede neural de Hopfield que levou 5,4 segundos para pré-processar e classificar as 10.384 gravações de morcegos disponíveis publicamente em um MacBook Air padrão. Os morcegos usam a ecolocalização para navegar e caçar, emitindo pulsos ultrassônicos que variam conforme se aproximam da presa.
Além disso, as novas tecnologias facilitaram o desenvolvimento de aplicativos e plataformas que permitem que naturalistas e voluntários contribuam com gravações e dados. Grandes arquivos sonoros de sons de animais dependem fortemente da ciência cidadã, como a Biblioteca Macaulay, que, após um século, possui mais de 150.000 arquivos de áudio. Outro exemplo é o Arquivo de Sons de Animais do Museu de História Natural de Berlim, uma das coleções de sons de animais mais antigas e abrangentes do mundo, com 120.000 gravações. Entre elas, estão o canto complexo do pássaro-lira, que imita sons ambientais; os cantos das baleias-jubarte usados para atrair parceiros e marcar território; e o infrassom usado por elefantes para se comunicar a longas distâncias, entre outros.