AI保卫珊瑚！

海星，又可爱又好吃（不确定）。

前段时间，青岛胶州湾海域海星（多棘海盘车）暴发，人类吃货喊着“冲啊”准备大快朵颐。

因为海星的命运不光是“被吃”，有的海星还会吃本就濒危的珊瑚。目前，全球有三分之一的造礁石珊瑚面临灭绝的风险。在我国，所有的造礁石珊瑚均已被列入国家二级重点保护野生动物名录。

海星暴发起来，连下面的珊瑚都看不见了 | www.aims.gov.au

为了保护珊瑚，人类想了很多办法，其中一个是：派潜水员下水给这些吃珊瑚的海星打毒针。

是……挨个打吗？

是的，一只一只打。有时候一针打不死，最多的时候要给一只海星打上20多针。

“给草莓去籽”也不过如此吧……等等，为什么要给海星打针？

珊瑚有危险了！

吃珊瑚的海星叫棘冠海星。↓

棘冠海星是世界第二大的海星，有的能长到直径1米。更可怕的是，它全身表面长满棘刺，棘刺里含有蛋白质毒素，对海洋生物和人类都有毒。看照片就不好惹。| Kris Mikael Krister / Wikimedia Commons

在健康的珊瑚礁生态系统中，每公顷（一万平方米）一般只有2-3只棘冠海星。它们可以去除生长过快的珊瑚种类，提高珊瑚的多样性。

可一旦这种平衡被打破，比如水体富营养化使它们的食物增加，或者它们的天敌大法螺、小丑炮弹等被人类过度捕捞，海星们过得无忧无虑，暴发密度就会达到每公顷1000只。

更可怕的是，棘冠海星产卵量大（一次繁殖期能放出数百到数千万的卵子），不挑食（各种珊瑚都吃），9个月不吃饭依旧可以存活……能生能吃、耐力极强，可以说是“珊瑚礁中的魔鬼”。

调查显示，从1985年到2012年，这27年间，大堡礁的面积减少了50.7%，其中将近一半是这些棘冠海星导致的。而且，目前看来，棘冠海星的暴发还有全球蔓延的趋势。

珊瑚嗷嗷待救，就看科学家的了。

给海星打（毒）针！

为了处理海星，人们想了各种办法。

中国大陆通常采用人工采集，派潜水员搜寻暴发的海星、装袋、上岸晒干、填埋。珊瑚礁中的魔鬼就这样变成了干垃圾……

清理人员在船上晾晒捕捞到的棘冠海星 | 新京报

在澳洲、日本和一些东南亚国家，更常使用注射法，也就是给海星打毒针。

这种操作的难点主要有二：

一个是，潜水员找海星，很难。海星属于夜行动物，白天喜欢躲在珊瑚礁的沟沟缝缝里，外表容易和周围环境融在一起。一般潜水员会先找到食痕，再在食痕周围找躲起来的海星。

这么大块白色的食痕代表着有一大群海星正躲在附近 | www.gbrmpa.gov.au

另一个难点在于：找到了，需要打的针数，很多。

潜水员排成一列给海星打针，这样才能保证一块区域能被系统地清理。打完一只海星，他们会把海星翻过来，腹面朝上，表示“这只打过了”，避免重复工作。| www.gbrmpa.gov.au

想想吧，乌央乌央的海星，潜水员要挨个把它们从沟缝翻出来打针……而且，在“一针致死”方法发明之前，潜水员给海星注射硫酸氢钠，需要绕着它们的中央圆盘间隔三四厘米就打一针，一般要打上10到25针才能杀死一只海星。

幸好，2014年，詹姆士库克大学（JCU）的研究人员发现了可以让海星一针毙命的化学物质：胆汁酸或者醋（对！就是家里用的醋，海星蘸醋的醋）。用这种方法，只要在海星的其中一只触手的基部打一针就可以了；如果海星个头实在太大，就在对角的触手再补一针。

左边是一针致死，右边是需要打很多次的。不管哪种打法，海星都会在一两天内死掉。别担心，经过室内试验以及野外调查，注射的化学物质对棘冠海星有毒，但不会对珊瑚礁的环境或其他生物造成影响。| www.gbrmpa.gov.au

注射法已经广泛使用了50多年，有1600多万只棘冠海星命丧于这些毒针之下（没办法，谁叫你们吃珊瑚呢）。

但是，要人工一针针去打还是太费时费力了。

我们的机器人该上场了。

机器人来帮忙了

其实，早在2005年，昆士兰科技大学（QUT）的机器人专家Matthew Dunbabin已经发明了能够在复杂的珊瑚礁中巡航的水下机器人。但当时通用的注射法还停留在“每只注射20针左右”，机器人难以完成如此复杂的“清理海星”任务。

直到2014年，可以对海星“一针致死”了，再加上深度学习也发展起来了。研究者觉得，可以教会机器人识别棘冠海星以及准备给它们打针了。于是有了第一代“清理海星”的水下机器人。↓

第一代“清理海星”水下机器人COTSbot | www.qut.edu.au

一开始，Matthew团队在网络上搜集了很多棘冠海星的照片给机器人学习。问题立刻来了。来自网络的海星照片，通常鲜艳、醒目，而海底常见的情况，往往是这样的——

有个段子说，外星人按照社交媒体上美颜后的脸来识别地球人，最后可能会认为自己是脸盲症——让机器根据网络上的照片去识别海星，情况也差不多。

为了更准确地教给机器人“真·海星是什么样的”， Matthew团队把GoPro装在潜水员的设备上，收集了大量野生状态下的棘冠海星的照片用来训练。

一开始，他们打算从“识别海星的棘刺特征”入手，但这很难。海星经常大隐隐于珊瑚，而珊瑚的形态又和海星的棘刺很像。

机器人表示：做不到。

于是，识别策略改为从棘冠海星的形状、结构和颜色去区分。

经过大量训练，机器人终于学会了认海星。

瞄准了才能打哦！| www.qut.edu.au

接下来，就要训练它们给海星打针了。

机器人：不管在实验室还是海底，我都是最棒的！

海星有毒，不能把它们大量搬回实验室。于是，Matthew团队做了很多3D打印的棘冠海星，打算训练机器人往这些3D打印海星里注射。

但机器学习系统实在太强大了，能区分出真海星和假海星，对3D打印的 “假货”无动于衷。

3D打印的海星，可惜被机器人嫌弃了 | www.qut.edu.au

研究者只好再次换思路：把各种海星或非海星的照片放地板上，让机器人选择哪种可以打。有时机器人的高度没放好，一针下去注射器直接戳到地板。室内训练完成后，实验室地板上也多了很多洞洞。

经过多次室内训练和野外珊瑚礁的现场调试，机器人识别和打针的精确度达到了99%。

野外作业给海星打针的样子 | www.qut.edu.au

至此，第一代“清理海星”机器人算是可以出师了。

不但要杀退海星，还要帮助珊瑚

不过，第一代机器人的问题是：成本高、体型笨、操作难。之后，Matthew团队又打造了更物美价廉的第二代水下机器人RangerBot，把潜水员们从繁琐又危险的工作中解放出来，清理海星的效率也大大提升。往常潜水员无法到达的区域，比如有鲨鱼和鳄鱼出没的海域，机器人都可以长驱直入。

第二代机器人RangerBot相对潜水员的优势，一目了然 | www.qut.edu.au （汉化：银古桑）

“清理海星”技能达成，要是还能恢复珊瑚的生长就更好了——研究者对机器人有了新期待。

Matthew团队又和来自南十字星大学（SCU）的研究者合作，继续改造出了第三代机器人，取名为LarvalBot，让它把珊瑚的浮浪幼虫洒到退化的珊瑚礁。

今年2月，RangerBot刚刚走出了大堡礁，被澳大利亚黄金海岸航道管理局（GCWA）征用，有了更广阔的工作空间。

新雇主对它不错，甚至特意为它举办了一场起名比赛。当地一位上三年级的孩子赢了比赛，所以，现在，RangerBot拥有了一个新名字“Nyah”。在当地土著语言中，“Nyah”有点“瞧瞧，瞧瞧”的意思。

“Nyah”的装备也有了更新，除了多个摄像头，还有可以导航的声波传感器以及可以抓握物品的机械臂，这样它可以在黄金海岸的周边水域做更多工作，比如，协助海洋栖息地调查、海床沉积物采样以及导航设备的维护检查，还可能帮助海事机关执行搜救任务。

瞧瞧，瞧瞧。

参考文献

[1] 大堡礁海洋公园关于棘冠海星的治理手册：

Crown-of-thorns starfish control guidelines 2017

[2] 昆士兰科技大学官网关于机器人的介绍：

https://research.qut.edu.au/reefresearch/our-research/eliminating-invasive-reef-species-cotsbot-rangerbot/

[3] Reef RangerBot becomes ‘LarvalBot’ to spread coral babies: https://www.qut.edu.au/news?id=137688

[4] Zeldovich, L. (October 1, 2018). "The Starfish Terminator." ASME. Mechanical Engineering. October 2018; 140(10): 36–41.

[5] Hall, M., Kocot, K., Baughman, K. et al. The crown-of-thorns starfish genome as a guide for biocontrol of this coral reef pest. Nature 544, 231–234 (2017).

[6] M. Dunbabin, J. Manley and P. L. Harrison, "Uncrewed Maritime Systems for Coral Reef Conservation," Global Oceans 2020: Singapore – U.S. Gulf Coast, 2020, pp. 1-6

[7]https://www.gbrmpa.gov.au/our-work/our-programs-and-projects/crown-of-thorns-starfish-management

[8]https://www.gbrmpa.gov.au/our-work/our-programs-and-projects/crown-of-thorns-starfish-management/crown-of-thorns-starfish-control-program

[9]https://gcwa.qld.gov.au/innovation-gives-gcwa-eyes-underwater/

作者：陈艺敏

编辑：银古桑 麦芽杨

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