Wereldkaart van wierwouden

Zeewierbossen zijn wereldwijd van onschatbare waarde in de strijd tegen klimaatverandering. Studenten van de TU Delft ontwikkelden een AI-model om de aanwezigheid van kelpwouden te monitoren. Daarmee leverden ze een belangrijke bijdrage aan vervolgonderzoek naar ecologisch herstel.

Voor een kwart van de mondiale kustlijnen liggen uitgestrekte bossen die zelden door een mens worden gezien. Onder de zeespiegel strekken gigantische wieren zich uit tot wel 40 meter hoog. Deze kelpbossen komen over de hele wereld voor: van de noordelijke tot de zuidelijke poolwateren. Naar schatting beslaan ze samen een oppervlakte ter grootte van Europa.

Absorberen van CO2

Deze wierwouden leveren een belangrijke bijdrage in de strijd tegen klimaatverandering. Ze nemen enorm veel CO2 op, ze zijn het leef- en voortplantingsgebied van allerlei planten en dieren, geven zuurstof af aan het water en beschermen de kust tegen erosie. Daarnaast wordt het zeewier onder meer gebruikt voor de productie van bioplastic, medicijnen en cosmetica. Van alle wiersoorten springt vooral de tientallen meters hoge reuzenkelp in het oog. Deze vormt aan het zeeoppervlak een afdak voor het leven eronder. Vanwege zijn bijdrage aan het ecologische systeem is het relevant om de groei van kelp nauwgezet te monitoren. Studenten van de TU Delft leveren daaraan een belangrijke bijdrage, aldus Derek Lomas, onderzoeker aan de TU Delft.

In kaart brengen kelp

Lomas houdt zich bezig met positieve AI, ofwel: hoe kan AI de wereld mooier maken? Voor hij naar Delft kwam, woonde hij in het Amerikaanse San Diego. Daar zag hij hoe in het afgelopen decennium 90 procent van alle kelpbossen voor de Californische kust verdween door de opmars van zee-egels. Deze konden zich ongeremd voortplanten als gevolg van de massale sterfte van de zonnebloemster, een 24-armige zeester die jaagt op zee-egels. Door een onbekende ziekte – mogelijk veroorzaakt door klimaatverandering – verloor vrijwel de hele populatie zeesterren in enkele jaren tijd alle ledematen. Daardoor plantte hun prooi, de zee-egel, zich al kelp-etend voort. Duikers voor de Californische kust stuiten sindsdien op kale woestijngronden vol zee-egels. Die gaan nergens heen, want ze kunnen jaren zonder eten. Maar ondertussen krijgt de kelp geen kans om te groeien. Inmiddels lopen er programma’s om de jagende zonnebloemster te herintroduceren. Om te zien of dat werkt, kunnen duikers steekproeven nemen. Veel efficiënter is het om de kelpgroei grootschalig te monitoren. Toen Lomas zag dat het studententeam Epoch van de TU Delft hiervoor een model had ontwikkeld, maakte zijn hart een sprongetje.

Studenteam Epoch

Het avontuur van studententeam Epoch begon in het najaar van 2023, vertelt Suusje Helwegen, teamlid public relations toen schreven de studenten zich in voor een competitie van het Amerikaanse Woods Hole Oceanographic Institution. Het doel: een algoritme maken dat de aan- of afwezigheid van kelpbossen voorspelt met behulp van satellietbeelden. Die opdracht was het studententeam, dat maatschappelijke relevantie vooropstelt, op het lijf geschreven. Team Epoch zocht contact met Michael Mateus, die onderzoek doet voor de Namibische organisatie Kelp Blue, die zich richt op het kweken van kelpbossen. Mateus meet de biomassa van de kelpbossen voor de Namibische kust. Anders dan de kelpbossen bij Californië zijn die hier nauwelijks in kaart gebracht en weet men niet goed hoe ze ervoor staan. Het AI-model van Team Epoch kan dat veranderen.

De studenten hebben echt iets moois voor elkaar gekregen, dit algoritme opent veel deuren naar nieuw onderzoek.

Opensource-algoritme

Team Epoch werkte drie maanden intensief aan de ontwikkeling van het algoritme. Dit gebeurde in een competitie met andere studententeams wereldwijd. Om het algoritme te trainen werden beelden gebruikt van Landsat-satellieten, die sinds 1984 elke 16 dagen de aarde fotograferen. Die beelden werden aangevuld met onderzoeksresultaten uit de burgerwetenschap. Via het platform Floating Forests kunnen vrijwilligers zich vanaf 2014 aanmelden om kelp te identificeren op de satellietbeelden. Tot voor kort was die aanpak, aangevuld met data verzameld door duikers, de geijkte methode. Het algoritme van Team Epoch, dat met deze bestaande gegevens is getraind, kan resultaten echter wereldwijd uitbreiden en versnellen. Het door hen ontwikkelde model, dat sneller en consistenter werkt dan handmatige analyse, wordt open source beschikbaar gesteld via het Woods Hole Oceanographic Institution. Het is echt een indrukwekkende prestatie, benadrukt onderzoeker Lomas. “Niet alleen won Team Epoch de competie, dit algoritme opent veel deuren naar nieuw onderzoek. De studenten hebben echt iets moois voor elkaar gekregen.

Dreamteams dragen bij aan betere toekomst

De dreamteams van de TU Delft zijn wereldwijd bekend. Deze interdisciplinaire studententeams gaan elk jaar de strijd aan met andere studenten om technische innovaties die bijdragen aan een betere toekomst op de kaart te zetten. De uitvoering – van het teammanagement tot het ontwerpen en produceren van hun uitvindingen – vindt plaats in de Dream Hall op de campus. De missie van Team Epoch is bij te dragen aan een positieve ontwikkeling van AI. Het team bouwt AI-modellen die bijdragen aan de duurzame ontwikkelingsdoelen van de Verenigde Naties.