Чи може штучний інтелект розшифрувати мову китів?

Сучасна морська біологія зробила значний прорив у вивченні комунікації китів завдяки передовим технологіям та міжнародній співпраці науковців. Українські дослідники також долучаються до глобальних проєктів з вивчення цих величних морських ссавців, особливо в акваторії Чорного моря, де періодично з’являються дельфіни та інші китоподібні.

Біоакустика стала ключовим напрямком у дослідженні китових “розмов”. Вчені встановили, що кити використовують складну систему звукових сигналів, яка включає:

• Соціальні сигнали для спілкування з родичами
• Навігаційні звуки для орієнтації у просторі
• Сигнали полювання та попередження про небезпеку

Особливо цікавим відкриттям стало те, що горбаті кити мають власні “пісенні культури”, які відрізняються в різних регіонах світового океану. Ці пісні можуть тривати до 20 хвилин і складаються з повторюваних послідовностей звуків.

За даними досліджень 2023 року, кити здатні спілкуватися на відстані до 100 кілометрів, використовуючи низькочастотні сигнали, які добре поширюються у воді.

Сучасні дослідження також виявили, що кити навчаються пісням один від одного, формуючи справжні регіональні “діалекти”. Це відкриття змусило науковців переглянути свої погляди на соціальну складність цих тварин.

Завдяки розвитку підводної акустичної апаратури, вчені змогли записати та класифікувати понад 200 різних типів звукових сигналів, які використовують кити. Ця інформація стала основою для створення перших баз даних китових “голосів”, які зараз активно використовуються для подальших досліджень.

Технології штучного інтелекту в розпізнаванні звуків

Сучасні технології штучного інтелекту та машинного навчання відкривають нові горизонти у розшифруванні звукової комунікації китів. Українські науковці, співпрацюючи з міжнародними дослідницькими центрами, активно впроваджують нейронні мережі для аналізу біоакустичних даних.

Основні напрямки застосування ШІ у вивченні китових звуків включають:

• Автоматичне розпізнавання та класифікацію звукових сигналів
• Виявлення паттернів у китових “піснях”
• Аналіз емоційного забарвлення вокалізацій
• Створення предиктивних моделей поведінки китів

Глибинне навчання (Deep Learning) дозволяє обробляти величезні масиви акустичних даних з безпрецедентною точністю. Сучасні алгоритми здатні розпізнавати окремих особин за їхніми голосовими характеристиками з точністю до 95%.

Згідно з дослідженнями 2024 року, використання штучного інтелекту дозволило виявити понад 30 нових типів вокалізацій, які раніше не були відомі морським біологам.

Особливо перспективним є використання трансформерних моделей, подібних до тих, що застосовуються в обробці людської мови. Ці системи можуть аналізувати контекст та послідовність звуків, виявляючи складні взаємозв’язки в комунікації китів.

Важливим досягненням стало створення спеціалізованих алгоритмів, які можуть фільтрувати шуми океану та виділяти чисті сигнали китів навіть у складних акустичних умовах. Це особливо актуально для досліджень у Чорному морі, де інтенсивне судноплавство створює значний акустичний фон.

Особливості вокалізації різних видів китів

Різні види китів мають унікальні особливості вокалізації, які відрізняються за частотою, тривалістю та складністю звукових сигналів. Біоакустика допомогла визначити, що кожен вид має свій специфічний “голосовий підпис”.

Синій кит, найбільша тварина на планеті, виробляє найнижчі частоти звуку серед усіх китоподібних:

• Частоти коливаються від 10 до 40 Гц
• Гучність може досягати 188 децибел
• Звуки можуть подорожувати на відстань до 1000 км

Косатки демонструють найскладнішу вокальну поведінку серед усіх китоподібних. Їхній репертуар включає:

Горбаті кити відомі своїми складними “піснями”, які можуть тривати до 20 хвилин. Морська біологія визначила, що ці пісні мають чітку структуру:

• Теми – основні звукові послідовності
• Фрази – комбінації різних звуків
• Підфрази – короткі звукові елементи

Дослідження 2023 року показали, що самці горбатих китів можуть змінювати свої пісні протягом сезону розмноження, демонструючи здатність до культурного навчання.

Сірі кити використовують різноманітні низькочастотні звуки для навігації під час їхніх довгих міграцій. Їхня вокалізація включає:

• Стукіт – для комунікації на короткі відстані
• Хрюкання – для соціальних взаємодій
• Скрипіння – для вираження тривоги

Кашалоти використовують систему клацань для ехолокації та спілкування, які можна розділити на два типи:

• “Звичайні клацання” – для пошуку здобичі
• “Кодаси” – для соціальної взаємодії між членами групи

Дельфіни, які часто зустрічаються в українських водах Чорного моря, мають складну систему свистів та клацань, що використовується для ідентифікації особин та групової координації.

Методи збору та аналізу звукових даних

Сучасна біоакустика використовує широкий спектр методів для збору та аналізу звукових сигналів китів. Українські науковці, працюючи в акваторії Чорного моря, застосовують комплексний підхід до вивчення звукової активності морських ссавців.

Основні методи збору звукових даних включають:

• Гідрофони з високою чутливістю для глибоководних записів
• Автономні підводні станції моніторингу
• Дрейфуючі акустичні буї
• Прикріплені до китів датчики (D-tags)

Аналіз зібраних даних здійснюється за допомогою передових технологій машинного навчання та включає:

• Спектральний аналіз звукових сигналів
• Визначення частотних характеристик
• Виділення окремих вокалізацій із фонового шуму
• Створення акустичних “портретів” окремих особин

За даними морської біології, сучасні методи дозволяють записувати та аналізувати до 95% усіх звукових сигналів китів у радіусі 10 кілометрів від точки спостереження.

Важливим аспектом є синхронізація акустичних даних з іншими параметрами:

• GPS-координати тварин
• Глибина занурення
• Температура води
• Наявність кормової бази

Особливу увагу приділяють фільтрації антропогенних шумів, які можуть спотворювати записи. Для цього використовуються спеціальні алгоритми, що відділяють природні звуки від техногенних. Це особливо актуально для досліджень у районах активного судноплавства, як-от Чорне море.

Перспективи розшифрування китової мови

Останні досягнення у галузі біоакустики та машинного навчання наближають нас до розуміння мови китів. Науковці прогнозують, що протягом наступного десятиліття ми зможемо розшифрувати значну частину їхньої комунікації.

Основні напрямки розвитку досліджень включають:

• Створення повного “словника” китових вокалізацій
• Розробку моделей для розуміння синтаксису китової мови
• Встановлення зв’язків між звуками та поведінковими патернами
• Вивчення діалектів різних популяцій

Морська біологія стоїть на порозі революційного прориву завдяки новим технологіям глибинного навчання. Очікується, що до 2030 року будуть створені системи, здатні розпізнавати та інтерпретувати до 80% комунікативних сигналів китів.

Згідно з прогнозами провідних біоакустиків, вже через 5-7 років ми зможемо розуміти базові “фрази” китів та навіть встановлювати примітивний двосторонній зв’язок з ними.

Перспективними напрямками досліджень є:

Українські науковці активно долучаються до міжнародних проєктів з розшифрування китової мови, особливо в контексті вивчення популяцій дельфінів у Чорному морі. Це дозволяє розвивати вітчизняну школу морської біоакустики та робити внесок у глобальне розуміння комунікації морських ссавців.