Künstliche Intelligenz
Mit KI Natur und Klima retten
4 minuten
16 August 2019
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Titelbild: Sara Kurfeß/Unsplash
Mithilfe von künstlicher Intelligenz lässt sich beispielsweise ein akustisches Biodiversitäts-Monitoringsystem aufbauen. Damit können auf Äckern die Geräusche von Insekten aufgenommen und verarbeitet werden – was Rückschlüsse auf Biodiversität und Populationen erlaubt
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16 August 2019
Es begann mit einem Satellitenfoto. Nick Dokoozlian, Vice President des Weinguts E.&J. Gallo Winery, sah, wie unterschiedlich die Reben auf dem riesigen Weingut in Kalifornien wuchsen. Während die einen bereits reife Früchte trugen, waren die anderen noch weit zurück.
Er fragte sich, ob man darauf Einfluss nehmen könnte mit einem intelligenten Bewässerungssystem. Nicht nur, um die Ernte zu verbessern und zu erleichtern. Sondern auch um Wasser einzusparen. Damals, 2011, herrschte in dem US-Bundesstaat entlang der Westküste Dürre, fast fünf Jahre lang fiel so gut wie kein Regen.
Dokoozlian wusste alles über Wein. Doch er wusste so gut wie nichts über Bewässerungssysteme, geschweige denn künstliche Intelligenz. Also setzte er sich mit Ingenieuren, Physikern und Datenspezialisten zusammen.
25 Prozent weniger Wasserverbrauch – dank KI
Ein Testgelände von 10 Hektar wurde in 30 mal 30 Meter große Quadrate aufgeteilt und mit Sensoren bestückt, die kontinuierlich Informationen an einen zentralen Computer schickten: Bodenfeuchtigkeit, Temperatur, Grundwasser, Wind. Zusammen mit Satelliten-, Wetter- und Klimadaten lernte das System mit der Zeit, Zusammenhänge zu erkennen und lieferte konkrete Bewässerungsanweisungen für quasi jede einzelne Rebe.
Mittlerweile konnte der Wasserverbrauch um 25 Prozent gesenkt und die Ernte um 30 Prozent gesteigert werden. „Dieses Ergebnis ist nicht nur für uns relevant“, so Dokoolian. In Zeiten des Klimawandels gingen Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz jeden an. Ebenso die Sicherstellung von Ernten, ohne zusätzlich Land zu beanspruchen.
Revolution in der Nachhaltigkeit?
Mittlerweile gibt es etliche Projekte, die künstliche Intelligenz (KI) dafür nutzen, den Klimawandel zu verstehen und natürliche Ressourcen zu schonen. Aber auch um Luft- und Wasserqualität zu verbessern, den Artenschwund zu stoppen, Wilderei oder illegale Fischerei zu bekämpfen, Naturkatastrophen vorherzusagen. In seiner aktuellen Studie „Fourth Industrial Revolution for the Earth“ listet das World Economic Forum mehr als 80 Einsatzmöglichkeiten auf und spricht bereits von einer Nachhaltigkeits-Revolution, die KI im Bereich Umweltschutz auslösen könnte.
Hört sich gut an. Und klingt für Simone Kaiser auch nicht utopisch. Gerade Nachhaltigkeitsfragen haben viel mit Daten zu tun, so die Leiterin des Bereichs „Gesellschaftliche Trends & Technologie“ am Berliner Center for Responsible Research and Innovation (CeRRI).
Doch um das Potential von KI wirklich ausschöpfen zu können, brauche es zuerst einmal die Verknüpfung unterschiedlicher Expertisen. „Noch arbeiten die einzelnen Disziplinen getrennt voneinander“, sagt Kaiser, „man forscht, experimentiert, entwickelt in unterschiedlichen Sphären.“ Während Data Scientists genau wissen, welche Arten von Daten wie erfasst, kombiniert und ausgewertet werden können, drehen sich Geowissenschaftler, Forstökologen, Biotechnologen oder Klimaforscher um ihren eigenen Fachbereich.
Die unterschiedlichen Perspektiven an einen Tisch zu bekommen, ist nicht einfach, so Kaiser. „Es fehlen geeignete Plattformen und Räume, in denen sich unterschiedliche Disziplinen begegnen und austauschen können.“ Verständigungs- und Ideationsprozess sagt Kaiser dazu.
„Hoher Bedarf neuer Plattformen“
Zusammen mit Microsoft hat Simone Kaiser deswegen „Earth Lab“ entwickelt. Der Plan: 50 KI-Experten und Vordenker aus den Bereichen Nachhaltigkeit und Umweltschutz nach Berlin einladen. Dort können sie sich zwei Tage lang kennenlernen, austauschen, Teams bilden, Ideen weiterentwickeln und schärfen – um letztlich gemeinsam reale Projekte für den Schutz unserer Erde zu erarbeiten.
Im Februar 2019 hat das Event stattgefunden, schon am Ende von Tag eins hingen 42 innovative Ideen an der „Ideation-Wall“, neun davon wurden am zweiten Tag weiterentwickelt. Dass wirklich alle 50 Bewerber dem Ruf „Erde an KI…!?“ gefolgt sind, ist für Kaiser „ungewöhnlich“ – und zeige „den hohen Bedarf und das hohe Interesse an solchen neuen Plattformen“.
Mit dabei: Felix Govaers. Der studierte Mathematiker am Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie (FKIE) hat bereits an dem Projektantrag AMMOD mitgeschrieben, einer Art Wetterstation für Artenvielfalt. Eine tolle Sache, so Govaers, doch aufwendig und teuer.
Nicht nur für die Wissenschaft interessant
Für EarthLab hat er sich beworben, um herauszufinden, ob es auch kleiner, günstiger geht, ein Gerät, das vielleicht nicht so viele Möglichkeiten hat, dafür aber flächendeckend eingesetzt werden kann. Seine Idee kam in Berlin gut an, schaffte es in die Konzeptphase.
Zusammen mit anderen Teilnehmern entwickelte er das Konzept für eine Art Shazam for Nature, ein akustisches Biodiversitäts-Monitoringsystem. Damit können beispielsweise auf Äckern die Geräusche von Insekten aufgenommen und verarbeitet werden. „Wenn man weiß, welche Arten auf den Feldern leben und wie groß die jeweiligen Populationen sind“, so Govaers, „kann man wichtige Rückschlüsse ziehen.“
Wie lebendig und gesund ist der Acker, welchen Einfluss haben Pestizide, der Bau von Straßen oder Neubausiedlungen, aber auch Umweltschutzvorgaben wie Grünstreifen und Brachflächen? Nicht nur für die Wissenschaft sind solche Informationen interessant, sagt Govaers, sondern auch für Landwirtschaft und Nahrungsmittelindustrie. „Wenn Rewe oder Edeka mit Zahlen belegen können, wie sie sich zusammen mit ihren Landwirten für Artenschutz einsetzen, könnte das ein Sellingpoint sein.“
Förderung für Projekte weltweit
Im Anschluss an die zwei Tage in Berlin hat sich Govaers mit seinem Team und seiner Idee zusätzlich bei dem Microsoft-Föderprogramm „AI for Earth“ beworben. In den kommenden fünf Jahren will das Unternehmen 50 Millionen Dollar darin investieren und Projekte in den Bereichen Umweltschutz, Artenschutz und Nachhaltigkeit fördern. Nur wenige Woche später hielt Govaers die Zusage in der Hand, sein Projekt wurde aufgenommen – genauso wie noch zwei weitere EarthLab-Projekte. „Wir können jetzt nicht nur die Infrastruktur von Microsoft nutzen und erhalten technische Beratung“, so der Daten-Experte, „wir lernen auch andere Grantees kennen, treffen sie auf dem jährlichen Summit, das hilft einem schon, sein Projekt weiter voranzutreiben, am Ball zu bleiben.“
236 Umweltprojekte (Grants) in 63 Ländern fördert Microsoft mittlerweile. Darunter der britische Polarforscher Joseph Cook, der besser verstehen will, wie und warum Gletscher schmelzen; Solomon Hsiang aus Berkley, Kalifornien, untersucht anhand von 1,6 Millionen historischen Luftbildern den Zusammenhang zwischen Klimawandel und Migration; und Holger Klinck aus Ithaca, New York, der ebenfalls die Stimmen von Insekten erkennen und analysieren möchte – allerdings im tropischen Regenwald.
Wie wollen wir künstliche Intelligenz eigentlich einsetzen?
Neben dem Hard- und Softwareherstelller aus Redmond, Washington, unterstützen und fördern auch Amazon, Apple und Google Umweltprojekte, hinter dem Projekt des kalifornischen Weinguts E.&J. Gallo Winery steht IBM. Mit seiner Umweltinitiative Green Horizons bündelt das Unternehmen Technologien rund um Big Data, Machine Learning und Internet of Things, um eines der weltweit genauesten Vorhersagesysteme in Umweltfragen zu etablieren. So zumindest das Ziel.
Für Kaiser ist das Engagement der großen Player wichtig. Grundsätzlich gehe es aber nicht nur um die Frage, wie können wir KI in den Dienst von Nachhaltigkeit stellen. Sondern auch: Wie lässt sich KI verantwortlich gestalten? Wo liegt der gesellschaftliche Nutzen und Bedarf? Wofür wollen wir neue Technologien nicht nutzen? Auch dafür sei der interdisziplinäre Austausch und Plattformen wie Earth Lab unabdingbar.
