Lebensraum schrumpft

Wie KI Zusammenstöße mit Elefanten verhindern soll

Weil ihr Lebensraum schrumpft, kommt es in Simbabwe immer öfter zu Zusammenstößen zwischen Elefangen und Menschen. KI soll nun helfen.(Bild: APA/LENA YADLAPALLI)

Der zunehmend fragmentierte Lebensraum sowie Wasser- oder Futtermangel bringen Elefanten in Afrika immer wieder in Gefahr – letztlich auch im Konflikt mit den dort lebenden Menschen. Forscher suchen mit Hilfe der Künstlichen Intelligenz (KI) nach Wegen, Herausforderungen im Umgang mit den Dickhäutern anzugehen. Derzeit läuft etwa ein Test eines Wiener Teams in Victoria Falls (Simbabwe) für ein akustisches Monitoring und Frühwarnsystem.

Während in Südafrika selbst die größten Nationalparks und Reservate von Zäunen umgeben sind, gibt es in dem nördlich angrenzenden Simbabwe noch mehr unbegrenzten Lebensraum für die Tiere. Frei ist freilich relativ, gibt es auch hier Landnutzungskonflikte. Auf der Suche nach Futter stoßen die Tiere auf die Anbauflächen der an den Nationalparkgrenzen lebenden Menschen. Schon vor vielen Jahren startete die Zoologin Angela Stöger-Horwath von der Akademie der Wissenschaften (ÖAW) mit Kollegen ein Projekt zur Entwicklung eines Frühwarnsystems, um beide Spezies – Loxodonta africana und Homo sapiens - voreinander zu schützen. Es könnte Dorfbewohner vor nahenden Elefantenherden frühzeitig warnen und ihnen ermöglichen, die körperlich überlegenen Säugetiere wegzulenken.

Stationäre autonome Rekorder
KI bzw. Maschinelles Lernen sowie bessere Hardware haben neue Möglichkeiten eröffnet. Unter Beteiligung des ÖAW-Mathematikers Daniel Haider wurde ein KI-Modell, das auf das Detektieren der Elefantenlaute spezialisiert ist, aufgesetzt. Der Bioakustiker Jure Železnik wird den darauf aufbauenden Detektor in Victoria Falls nun testen. Er reist mit den zwei handlichen Prototypen zur Versuchsstelle. Diese „Cost-Effective-Geräte“ bestehen derzeit aus einem „Rasperry Pi 4“-Computer, mit Wifi-Verbindung und Mikrofon. Das batteriebetriebene stationäre Gerät, das etwa an einem Baum hängen kann, könnte im besten Fall mit Solarenergie betrieben und dann 24-7 genutzt werden.

Das Innenleben des „Elefanten-Detektors“(Bild: Raspberry Pi Foundation)

„Das Gerät ist mit einer Personen-Gruppe auf Telegram verbunden“, sagte Železnik : Ihr schickt es eine graphische Darstellung des aufgezeichneten Lautes sowie den Mitschnitt des als Elefantenlaut identifizierten Geräuschs: „Die Idee dahinter ist, dass die Menschen in diesen lokalen Gemeinden oft Smartphones besitzen.“ Sie sollen dann entscheiden können, ob es sich tatsächlich um Elefanten handelt und welche Maßnahmen ergriffen werden: „Sie können handeln, bevor es problematisch wird.“ Man wolle sich über derart Projekte „mit den alltäglichen Problemen befassen, mit denen die Tiere in freier Wildbahn konfrontiert sind“, so Železnik, der sich im Rahmen seiner Doktorarbeit KI zur Dekodierung der Elefantenkommunikation widmet.

Oft sind es die Bullen, die die Probleme machen. Doch sie vokalisieren weniger als eine Herde.

Projektleiterin Angela Stöger-Horwath

„Wie gut wir tatsächlich Elefanten mit den autonomen Rekordern detektieren können, müssen wir noch sehen“, meint Projektleiterin Stöger-Horwath. Offene Fragen sind: Wie viele bräuchte man für eine bestimmte Fläche? In welcher Distanz sollten sie aufgestellt werden? Aber auch das Verhalten der Elefanten ist noch ein Unsicherheitsfaktor: „Unklar ist, ob die Elefanten bei der Annäherung an ein Dorf überhaupt kommunizieren oder ob sie sich eher ruhig nähern. Und oft sind es die Bullen, die die Probleme machen. Doch sie vokalisieren weniger als eine Herde.“ Das Team um die Expertin, die seit dem Vorjahr die neu geschaffene Stiftungsprofessur „Zoo Conservation Science“ von der Uni Wien und dem Tiergarten Schönbrunn bekleidet, erprobte die Geräte auch im Zoo, um den Algorithmus zu testen und zu verbessern.

Mehr Flexibilität beim Zugang zu Futter
In Südafrika stellt sich Elefanten-Besitzern wie Sean Hensman aus der Provinz Limpopo die Aufgabe, seiner Herde adäquate Lebensbedingungen zu bieten und gleichzeitig Ökosysteme zu schützen. Die Areale der privaten Reservate sind in der Regel viel zu klein, um den Afrikanischen Elefanten genug bieten zu können. Die „größten Pflanzenfresser der Erde“ fressen immerhin bis zu 300 Kilogramm Material pro Tag und trinken 200 Liter Wasser, erzählt der Leiter von „Adventures With Elephants“ (AWE) und der Non-Profit-Organisation „Rory Hensman Conservation and Research Unit“.

Jüngst entwickelte Hensman mit Partnern einen Prototypen für smarte „akustische Tore“: Seine Vision ist es, diese für erweiterte Migrationsrouten für die Grauen Riesen einsetzen zu können. In einem ersten Schritt könnten sie ihnen den gelenkten Zutritt auf benachbarte Flächen ermöglichen und so etwa auch den durch den großen Appetit der Elefanten hohen ökologischen Druck auf Systeme mindern.

Konditionierung und KI
Man arbeitet hier mit Konditionierung: Die Elefanten sollen lernen, auf gewisse Signale zu reagieren. Ein Signal steht etwa für „Komm“ und wird mit Belohnung verknüpft, ein anderes steht für „Entferne dich“ und ist mit Gefahr assoziiert. Eine KI-Kamera soll die Tiere erkennen und den Befehl ausgeben können: „Die Elefanten sind hier, das Tor öffnen“, wie Hensman das Projekt erläuterte. Die Farm-Besitzer könnten dann automatisiert informiert werden, wie viele Elefanten die Grenzstation passiert haben - inklusive bereitgestelltem Videomaterial.

Ein Elefant benötigt, grob kalkuliert, etwas mehr als 1.000 Hektar für seine Versorgung. Der Anspruch passt in Südafrika aufgrund der Fragmentierung des Lebensraums häufig nicht mehr mit der Realität zusammen. Zudem nimmt dort die menschliche Population kontinuierlich zu. „Menschen haben eingeschränkte Möglichkeiten, Elefanten zu halten“, so Hensman, der seine Herde auch zufüttert. Mit Hilfe der smarten Gates könnte man den Raum erweitern: „Wir suchen derzeit nach Reservaten, die an dieser Technologie Interesse hätten“, so der sich für einen ganzheitlichen Naturschutz einsetzende Experte.