Nová éra boje s bolševníkem: Vypátrá ho dron, zlikviduje robot

Na první pohled to je krásná barevná stráň plná fialovo-růžových květin. Když se ale na takové místo podívá odborník, posteskne si. Elegantní sloupovité květy patří ve skutečnosti rostlině jménem lupina. Jde o agresivní invazní druh, který ve velkém vytlačuje původní české luční květiny, v poslední době decimuje i chráněné oblasti v Krkonoších. A nejde jen o lupinu. Takových invazních druhů jsou v Česku desítky, včetně bolševníku, akátu nebo ambrozie.

Zatím s nimi člověk bojuje ručně. Ochráncům přírody pomáhají s odstraňováním desítky dobrovolníků, ale ani jejich opakované nasazení nevede k úplnému vymizení těchto rostlinných nájezdníků. Ochranářská organizace Česká krajina proto oslovila univerzity, výzkumné ústavy a startupy, aby společně vyvinuly systém, který bude invazní rostliny likvidovat s pomocí nejmodernějších technologií.

Území, která jsou zvlášť cenná a rostou na nich původní ohrožené druhy, budou nejprve ze vzduchu monitorovat drony vybavené technologií rozpoznávání invazních rostlin. V tom se budou postupně zdokonalovat na základě strojového učení. Dron pak vyšle signál pozemnímu robotu, který dojede na místo výskytu takových porostů a zlikviduje je.

Na projektu bude spolupracovat například brněnský startup FlowerChecker, který se už devět let zabývá identifikací druhů rostlin. „Před pěti lety jsme na tento úkol nasadili systémy strojového učení. To znamená, že umíme z fotky rostliny určit její druh i zdravotní stav, pokud je mezi třiceti tisíci těch, které náš machine learning zná,“ říká pro WIRED.CZ Ondřej Veselý, CEO FlowerCheckeru. Tuhle službu už využívají desítky mobilních aplikací po celém světě a vedle určování hub a hmyzu je to hlavní produkt firmy.

Rostlinu určí do půl vteřiny

Princip aplikace funguje díky modelům trénovaným především na fotkách. Tedy potřebují minimálně jeden snímek rostliny, ideálně ale víc. „Je důležité, aby na něm byly vidět morfologické znaky potřebné pro určení, například květ, tvar listu nebo žilnatina. To klade nároky na kvalitu fotky, která je v našem případě do značné míry daná výškou letu dronu,“ pokračuje Veselý. Dalším vstupem do konvoluční neuronové sítě, která druhy určuje, je geografická poloha ve formě GPS a týden v roce, kdy byla rostlina vyfocena. Konvoluční neuronové sítě vycházejí ze zrakové soustavy savců a jsou speciálním typem umělých neuronových sítí navržených pro zpracování dat s mřížkovou strukturou, třeba obrázků.

„Dodatečné informace zpřesňují určení klidně i o deset procent a je tomu přizpůsobena také architektura našeho modelu. Požadavky na určení zvládneme vyřešit průměrně do půl vteřiny,“ přibližuje Veselý. Nejvíc práce je pak s čištěním a validací údajů, které částečně čerpají z dat získaných díky provozu své vlastní mobilní aplikace FlowerChecker. „Naštěstí jeden z našich zakladatelů je profesí botanik,“ usmívá se Veselý.

Nejprve tedy musí záběry z dronů pomocí fotogrammetrie slepit a namapovat na světovou síť souřadnic. Poté každé místo klasifikují jejich neuronovou sítí. Pro každý druh rostliny tak vlastně vytvářejí zvláštní vrstvu, která ukazuje rozšíření daného druhu.

Které druhy systém FlowerCheckeru pozná?

Když v roce 2021 spolupracovali se Společným výzkumným střediskem Evropské komise, dokázali rozeznávat 72 procent druhů, které EU eviduje jako invazní. „Nepoznali jsme ale třeba v Česku rozšířený trnovník akát,“ přiznává Veselý.

Po otázce, zda by jejich systém dokázal odhalit i invazní druhy zvířat, náhle zvážní a zamyslí se. Témata dotýkající se etiky a AI jsou totiž jeho oblíbená. „Upřímně, neumím si představit, jak přesvědčuji naši produkťačku-veganku, která má na starost zavádění nových produktů, aby přinesla do světa systém na zabíjení živočichů. Nicméně záleží na kontextu. Například jeden z našich klientů ze Švýcarska už teď využívá naše Insect.id (identifikační nástroj, který z obrázku určí druh hmyzu, pozn. red.) pro monitoring výskytu invazní sršně asijské a my jej v tom ještě podporujeme výhodnějšími podmínkami,“ zmiňuje Veselý. Jako problematickou vnímá představu poloautonomního robota, který kráčí po loukách a zasahuje do ekosystému. Tady bude podle Veselého potřeba zapracovat na nějaké formě dohledu.

Budou se likvidovat celá ohniska

Nicméně u rostlin roboty zasahovat budou. Konkrétně odborníci z Technické fakulty České zemědělské univerzity v Praze připravují pro projekt zařízení, které se bude samostatně pohybovat po krajině, pozná invazní rostlinu a zničí ji. „Půjde o robotickou platformu k mechanické regulaci plevele. Plevelné rostliny se obvykle vyskytují nikoliv jednotlivě, ale v lokálních ohniscích s větším počtem rostlin. Nepůjde tedy o boj s jednotlivými rostlinami, ale spíš s jejich ohnisky,“ vysvětluje Petr Novák z Technické fakulty ČZU.

Nepůjde o vývoj zbrusu nového robota, ale o úpravu stávajících platforem, které už na fakultě vyvinuli. Tyto autonomní prostředky dodatečně upraví podle biologické odolnosti jednotlivých invazních druhů. „Robotická platforma bude mít obecně vysokou průchodnost terénem, takže půjde univerzálně nasadit na různých druzích pozemků,“ ujišťuje Novák.

Na projektu se podílí i tým vývojářů ze společnosti Gepoint, která zajistí bezpilotní prostředky na monitorování terénu. Konkrétně poskytne drony a pozemní piloty, kteří budou provádět měření v daných lokalitách. Půjde o letecká snímkování s použitím RGB kamery s vysokým rozlišením v řádech milimetrů.

„K dispozici máme drony představující v současnosti vysoký standard. Jedná se o kvadrokoptéru DJI Matrice 300 RTK s kamerou Zenmuse P1 a letadlo typu pevné křídlo SenseFly EbeeX s RGB kamerou Aeria X. Oba drony mohou být vybaveny i jinými druhy senzorů,“ přibližuje jednatel Gepointu Michal Čipera.

Použijí takzvanou metodu bezpilotního mapování, známou jako UAS mapping. V posledních letech se prosazuje stále častěji jako způsob přesného měření povrchu především v oblasti geodezie, uplatňuje se ve stavebnictví, zemědělství či v lesnictví. Výsledkem jejich práce budou přesné 3D modely terénu, ortofotomapy s vysokým rozlišením a RGB snímky, jež poslouží pro následné automatizované rozpoznání rostlin. „Naším úkolem bude i pořizovat snímky v různých fázích vývoje rostlin,“ doplňuje Čipera.

Roboty vyjedou do dvou let

Tvůrci projektu požádali o spolufinancování vývoje Technologickou agenturu ČR, která rozhodne, jestli z programu ministerstva průmyslu a obchodu proplatí část nákladů na vývoj. Zda se tak stane, bude jasné do konce letošního roku. Samotný vývoj pak bude trvat asi dva roky.

„Už teď ale hromadu dílčích technologií umíme, proto půjde hlavně o to je dobře poskládat a produktově odladit,“ je si jistý Veselý z FlowerCheckeru. Pokud by financování z veřejných peněz nevyšlo, možná zkusí část technologie i tak vyvinout v rámci svého speciálního projektu na počítání listnatých stromů v lesích, který je tomuto řešení technologicky podobný. Každopádně by šlo pouze o monitoring, nikoli o samotnou likvidaci. I na ČZU plánují vývoj na dva roky, poté počítají s reálným nasazením prvních robotů.

Mezi místa, kde se invazní druhy šíří, patří například výsypky po dolování. Proto o výsledky projektu projevily zájem také Ústecký nebo Moravskoslezský kraj. Mluvčí Ústeckého kraje Magdalena Fraňková vysvětluje, že u nich se vyskytuje celá řada invazních druhů, a to hlavně pajasan žláznatý, křídlatky japonská a sachalinská, bolševník velkolepý nebo lupina mnoholistá. Nyní se kraj snaží o maloplošné zásahy, ale celkově je spíš ve fázi přípravy před bojem. „Uplatnění z tohoto projektu bude záležet na nabídce. Samozřejmě jako první bude třeba výskyty druhů detailněji zmapovat. Nicméně pro nedostupné a rizikové lokality, například skály, lze využití dronů předpokládat,“ říká Fraňková.

V Moravskoslezském kraji se potýkají především s křídlatkou, netykavkou a zlatobýlem. Vedení kraje nyní likviduje invazní druhy ve zvlášť chráněných územích, jako například v přírodní památce Niva Morávky a dalších, a to i pomocí herbicidů, což je ovšem druh pesticidů a je založený na působení chemikálií. „Jsme nakloněni novým a efektivním technologiím,“ vzkazuje Nikola Birklenová, tisková mluvčí kanceláře hejtmana.

Boj s invazními druhy patří podle Dalibora Dostála z České krajiny k nejdůležitějším úkolům ochrany přírody. „Z přírodně cenných území o velkých rozlohách není reálné tyto vetřelce vytlačit bez nasazení moderních technologií. Do dalších etap projektu se budeme snažit zapojit další experty a instituce, aby se podařilo vyvinout co nejlevnější a uživatelsky nejjednodušší řešení,“ plánuje Dostál.

Podle letošní zprávy OSN způsobují invazní druhy ročně škody kolem 9,4 bilionu korun a měly vliv na vyhynutí 60 procent rostlin a živočichů. Navíc ohrožují potravinovou bezpečnost i lidské zdraví. Výše hospodářských škod se od roku 1970 podle vědců každé desetiletí čtyřikrát zvyšuje.

Zdroj: wired.cz / Zuzana Keményová