Nástroj, který čte prehistorické stopy jako detektiv
Vědci z Německa a Velké Británie vyvinuli nástroj schopný analyzovat otisk dinosauřího drápu se stejnou přesností, s jakou algoritmy rozeznávají lidské tváře ve smartphonech. A co je opravdu překvapivé? V mnoha dávných stopách počítač rozpoznává něco důvěrně známého — chodidla dnešních ptáků.
Paleontologie bez kostí: co prozrazují otisky v kameni
Tradiční paleontologie se většinou spojuje s trpělivým odkopáváním koster. Jenže obrovské množství informací o vyhynulých plazech je ukryto v něčem mnohem pomíjivějším — v otiscích tlapek zanechaných kdysi v blátě, dnes zkamenělých v hornině. Tyto stopy bývají poškozené, zdeformované a poznamenané staletími eroze. I pro zkušené odborníky představovaly jejich interpretace skutečnou výzvu.
Tým z Univerzity v Tübingenu ve spolupráci s vědci z Manchesteru a berlínského Museum für Naturkunde se rozhodl svěřit tento problém umělé inteligenci. Vytvořili algoritmus, který nepotřebuje žádné lidské vodítko ohledně toho, jak by měla konkrétní stopa vypadat. Sleduje výhradně tvar a sám v něm hledá vzory.
Umělá inteligence analyzuje tisíce dinosauřích otisků podobně jako daktyloskopové otisky prstů — třídí je podle skutečných podobností, nikoli podle zvyklostí badatelů.
Jak funguje DinoTracker: od fotografie do prostoru osmi dimenzí
Jádrem celého projektu je mobilní aplikace DinoTracker podpořená neuronovou sítí. Do trénovací databáze bylo zařazeno přes 2 000 tříprstých otisků z celého světa, pocházejících z období přibližně před 200 až 145 miliony let. Vědci je nejprve převedli na zjednodušené obrysy, aby umělá inteligence pracovala s čistou geometrií — bez vlivu barvy horniny nebo stop erozního poškození.
Jakmile uživatel vyfotí stopu nebo nahraje její nákres, systém automaticky vyhledá charakteristické body, jako jsou:
- směr a orientace prstů,
- délka části připomínající „patu",
- poměry mezi jednotlivými prsty,
- celkový obrys otisku.
Na základě těchto údajů převede algoritmus každý otisk na sadu osmi klíčových tvarových parametrů. Tím ho zařadí do takzvaného morfologického prostoru o osmi dimenzích, kde si podobné stopy leží blízko a odlišné jsou od sebe vzdáleny.
Morfologický prostor je v praxi mapou tvarů, kde má každá stopa svou přesnou adresu určenou osmi čísly.
Tento přístup eliminuje situace, kdy dva experti dospějí u téhož otisku ke zcela rozdílným závěrům. Při testech dosáhla shoda algoritmu s názory specialistů u dobře zachovaných stop přibližně 90 procent — přičemž počítač postupuje vždy naprosto konzistentně.
Učení bez nálepek: AI, která nezná jména dinosaurů
Na DinoTrackeru je nejzajímavější to, že se neučil na předem popsaných a odborníky označených příkladech. Byl použit přístup zvaný učení bez dozoru. Algoritmus tedy nedostal informaci typu „toto je stopa konkrétního druhu" nebo „toto je otisk masožravce". Viděl pouze tvary a jeho úkolem bylo samostatně najít skupiny podobných otisků.
Aby byl systém odolnější vůči poškozením a deformacím, vědci vygenerovali více než 10 000 umělých stop odvozených od těch reálných. Simulovali přitom mimo jiné:
- rozmazání nebo částečné setření jednoho z prstů,
- rozšíření celého otisku, jako by zvíře šlapalo do mokrého podkladu,
- natočení stopy pod různými úhly,
- drobné deformace napodobující propadání půdy pod tíhou zvířete.
Díky tomu si algoritmus poradí i s výrazně nedokonalým materiálem, který se v terénu nejčastěji vyskytuje. Místo otázky „je to skutečně stopa známého dinosaura?" si systém klade jinou: „Kterým jiným stopám je tento tvar nejpodobnější?"
Stopy staré 210 milionů let připomínají chodidla dnešních ptáků
Když vědci vložili do morfologického prostoru stopy z různých geologických období, začaly se na mapě rýsovat zajímavé kontinuity. Největší pozornost vzbudila skupina velmi starých otisků — starších než 210 milionů let — které se v analýze umělé inteligence seřadily překvapivě blízko stopám spojovaným s ptáky.
Tyto dávné otisky sdílejí několik rysů, které důvěrně známe z parků, kde chodí holubi nebo racky:
- úzký, tříprstý tvar,
- štíhlé proporce jednotlivých prstů,
- celková geometrie nápadně blízká stopám moderních ptáků.
Tento objev naznačuje, že ptačí způsob chůze má mnohem starší kořeny, než se dosud předpokládalo. Umělá inteligence tak otevřela nový pohled na evoluční linii, která propojuje obří prehistorické ještěry s dnešními okřídlenými obyvateli naší planety.
