ИИ научился распознавать следы динозавров и обнаружил отпечатки птичьих лап

Фото из открытых источников

Более века следы динозавров были одновременно и ценным ресурсом, и источником головной боли. Это одни из самых прямых свидетельств передвижения животных по реальным ландшафтам, но их интерпретация крайне сложна.

Отпечаток ноги — это не просто «штамп» ступни. Это свидетельство размывания мягкой грязи, скольжения пальцев ног, обрушения краев и последующей эрозии, которая переписывает форму. Вот почему исследователи могут изучать одни и те же следы и всё ещё спорить о том, принадлежали ли они хищнику, травоядному животному или чему-то среднему.

Новое исследование предполагает, что искусственный интеллект может помочь навести порядок в этом хаосе. Исследователи создали инструмент под названием DinoTracker — мобильное приложение, которое позволяет людям загружать фотографию — или даже эскиз — отпечатка лапы динозавра и мгновенно получать анализ, определяющий, какой именно вид динозавра мог его оставить. Полная версия исследования была опубликована в журнале PNAS.

Следы не окаменевают в аккуратном, стандартизированном виде. Два животных с одинаковой анатомией стопы могут оставлять совершенно разные следы в зависимости от типа осадка, влажности, скорости передвижения и степени деформации грунта под их весом.

Кроме того, отпечаток может измениться после того, как он будет сделан. Осадки могут уплотниться, края могут осыпаться, а последующее выветривание может стереть или преувеличить детали. Вследствие всего этого традиционные исследования следов часто основываются на экспертной оценке и тщательном сравнении с известными примерами.

Многие старые компьютерные методы основывались на ручном составлении исследователями наборов данных.  этих наборах данных исследователи присваивали следы конкретным динозаврам, что могло привести к предвзятости или укрепить предположения.

Команду, разработавшую DinoTracker, возглавляли исследователи из Научно-исследовательского центра им. Гельмгольца в Берлине, работавшие совместно с коллегами из Эдинбургского университета.

Вместо того чтобы пытаться искусственно разделить следы на слишком четкие категории, они обучили свои алгоритмы распознавать реальные различия в характере следов. Искусственный интеллект обучался на основе почти 2000 реальных ископаемых отпечатков ног, а также тренировался на миллионах смоделированных вариантов, призванных имитировать процессы, происходящие в природе.

В этих дополнительных версиях были воспроизведены такие эффекты, как сжатие, смещение краев и другие искажения. Эти изменения могут привести к тому, что один и тот же тип изображения будет выглядеть по-разному на разных сайтах. С тех пор система научилась фокусироваться на наборе ключевых характеристик, которые помогают отличать создателей треков, даже если отпечаток не идеален.

В исследовании описываются такие характеристики, как ширина разведения пальцев ног, положение пятки, размер площади контакта и распределение веса при соприкосновении стопы с землей.

После обучения модель была протестирована путем сравнения ее с существующими ископаемыми следами, чтобы предсказать, какой динозавр, вероятно, оставил отпечаток. Согласно статье, алгоритм достиг примерно 90-процентного совпадения с классификациями, сделанными экспертами, включая случаи, которые обычно вызывают споры.

Это не означает, что ИИ «прав» в каком-то абсолютном смысле. Отпечатки могут быть неоднозначными, и палеонтология часто оперирует наиболее обоснованными интерпретациями, а не уверенностью.

Но система, которая работает на таком уровне, может выступать в качестве последовательного второго мнения и указывать, какие следы заслуживают более тщательного изучения.

Одно из самых интригующих открытий было сделано на очень древних отпечатках, возраст которых превышает 200 миллионов лет. ИИ отметил несколько следов, которые имеют необычные птичьи черты, напоминающие отпечатки вымерших и современных птиц.

Исследователи предполагают две возможности. Либо птицы могли возникнуть на десятки миллионов лет раньше, чем предполагают многие хронологические модели, либо у некоторых ранних динозавров лапы случайно оказались очень похожи на птичьи.

Результат не разрешает спор, но усиливает предположение о том, что следы могут содержать сигналы, которые ранее недооценивались. Система также по-новому взглянула на загадочные следы с острова Скай в Шотландии. Эти следы были оставлены около 170 миллионов лет назад на илистом берегу лагуны, и их было трудно с уверенностью отнести к конкретной группе динозавров.

Исследователи говорят, что ИИ указывает на некоторых из древнейших известных родственников утконосых динозавров как на создателей следов. Если эта интерпретация подтвердится, это может изменить представление ученых о том, когда и где началось распространение этой линии динозавров.

DinoTracker — это не просто демонстрационная версия для исследований; он разработан для более широкого применения. Следы — один из наиболее распространенных видов свидетельств существования динозавров, с которыми люди сталкиваются в дикой природе, и доступный инструмент мог бы помочь как ученым, так и широкой публике.

В исследовательских целях он мог бы помочь быстро просмотреть большое количество следов и выявить закономерности на разных участках. В образовании он превращает следы в интерактивный инструмент, а не просто в описательный. А для полевых работ он предлагает быстрый способ проверки гипотез на месте, особенно в местах, где интерпретация следов традиционно зависела от того, кто случайно окажется там с опытом. 

«Это исследование — важный вклад в палеонтологию и объективный, основанный на данных способ классификации следов динозавров», — сказал палеонтолог Стив Брусатте из Эдинбургского университета. «Это открывает захватывающие новые возможности для понимания того, как жили и передвигались эти невероятные животные, и когда впервые появились такие крупные группы, как птицы».

Исследование следов динозавров, вероятно, никогда не будет полностью завершено с помощью приложения. Следы нечеткие, а прошлое не имеет подписей. Но это исследование указывает на нечто ценное: инструмент, который рассматривает вариации как информацию, а не как шум.

Если DinoTracker сможет надежно распознавать деформацию реальных следов и при этом связывать их с вероятными владельцами, это может ускорить исследования, расширить круг участников и вывести дискуссии на более твердую почву.

А может быть, это еще и делает что-то: это делает древний мир немного более доступным. Отпечаток лапы — это момент контакта животного с землей.

Если мы сможем более четко интерпретировать эти моменты, мы приблизимся к пониманию того, как на самом деле жили, передвигались и эволюционировали динозавры.