Výzkumníci z Německa a Velké Británie vytvořili nástroj, který dokáže analyzovat otisk dinosauřího spáru stejně spolehlivě, jako algoritmy rozpoznávají obličeje ve smartphonech. Překvapení? V mnoha prastarých stopách počítač vidí něco velmi známého: packy dnešních ptáků.
Klasická paleontologie se většinou pojí s náročným vykopáváním kosterních pozůstatků. Přitom obrovská část informací o vyhynulých plazech se skrývá v něčem mnohem pomíjivějším: otiscích tlapek v dávném bahně, dnes zachovaných ve skále. Tyto stopy bývají často poškozené, zdeformované, narušené časem i povětrnostními vlivy. Jejich interpretace byla náročná i pro zkušené odborníky.
Tým z univerzity v Tübingenu ve spolupráci s vědci z Manchesteru a berlínského Museum für Naturkunde se rozhodl tyto problémy svěřit umělé inteligenci. Vytvořili algoritmus, který nepotřebuje lidské návody, jak „by měl“ konkrétní typ stopy vypadat. Sleduje výhradně tvar a sám vyhledává vzory.
Umělá inteligence analyzuje tisíce dinosauřích otisků jako otisky prstů a seskupuje je podle skutečných podobností, ne podle zažitých zvyklostí badatelů. Tento přístup otevírá zcela nové možnosti v paleontologii.
Jak funguje DinoTracker: od fotografie k prostoru osmi dimenzí
Srdcem projektu je mobilní aplikace DinoTracker podporovaná neuronovou sítí. Do učební databáze se dostalo přes dva tisíce tříprstých otisků z celého světa, datovaných do období zhruba před 200 až 145 miliony let. Nejprve vědci převedli stopy na zjednodušené obrysy, aby umělá inteligence viděla čistou geometrii, ne barvu horniny či stopy eroze.
Když uživatel vyfotí stopu nebo nahraje nákres, systém automaticky vyhledává charakteristické body. Na jejich základě umělá inteligence přepočítá každý otisk na sadu osmi klíčových parametrů tvaru. Tímto způsobem ho umístí do takzvané morfologické prostorové mapy o osmi dimenzích, kde podobné stopy končí blízko u sebe a odlišné daleko.
Mezi hlavní sledované rysy patří:
- směr postavení prstů
- délka části připomínající patu
- proporcí mezi jednotlivými prsty
- šířka celého otisku v nejširším místě
- úhel rozvětvení mezi vnějšími prsty
- zakřivení jednotlivých drápů
- hloubka otisku v různých částech
- asymetrie levé a pravé strany
Morfologický prostor je v praxi mapa tvarů, kde každá stopa má svou adresu určenou osmi čísly. Takový způsob analýzy umožňuje vyhnout se situacím, kdy dva experti dospějí k úplně rozdílným závěrům o jednom otisku. V testech dosáhla shoda algoritmu s názory specialistů u dobře zachovaných stop asi 90 procent, přičemž počítač pracuje konzistentně vždy stejně.
Učení bez štítků: umělá inteligence, která nezná jména dinosaurů
Nejzajímavější na aplikaci DinoTracker je, že se neučila na základě hotových příkladů označených experty. Použilo se takzvané učení bez dozoru. To znamená, že algoritmus nedostával informace typu „toto je stopa konkrétního druhu“ nebo „toto je stopa masožravce“. Místo toho viděl jen tvary a měl za úkol sám najít skupiny podobných otisků.
Abychom posílili odolnost systému vůči poškození a deformacím, vědci vygenerovali přes deset tisíc umělých stop na základě skutečných. Simulovali mimo jiné rozmazání nebo částečné setření jednoho z prstů, rozšíření celého otisku, jako by byl ve vlhkém podkladu, rotaci stopy pod různými úhly a nepatrné deformace připomínající posedání půdy pod váhou zvířete.
Díky tomu algoritmus zvládá i výrazně nedokonalý materiál, jaký se nejčastěji nachází v terénu. Místo otázky „je to opravdu stopa známého dinosaura“ systém pokládá spíše otázku „kterým dalším stopám je tento tvar nejvíce podobný“.
Badatelé z univerzity v Tübingenu zdůrazňují, že tradiční metody klasifikace často vycházely z předpokladů a zkušeností jednotlivých paleontologů. Nový přístup založený na strojovém učení přináší objektivnější pohled na morfologickou variabilitu.
Stopy sprzed 210 milionů let připomínají packy dnešních ptáků
Když vědci umístili do morfologického prostoru stopy z různých období, na mapě se začaly objevovat zajímavé souvislosti. Největší rozruch vzbudila skupina velmi starých otisků čítajících přes 210 milionů let, které se v analýze umělé inteligence umístily překvapivě blízko stop spojovaných s ptáky.
Tyto dávné otisky mají několik rysů, které známe z chodníků v parcích, kde procházejí holubi nebo racky. Počítač rozpoznal vzory, které spojují triasové teropody s moderními ptáky mnohem přesvědčivěji, než by dokázala tradiční srovnávací analýza.
Výzkumníci z Manchesteru zdůrazňují, že tento objev podporuje evoluční teorii o ptačím původu. Fosilní stopy z lokality Ischigualasto v Argentině vykazují wužší tříprstý tvar, výrazné drápy na koncích prstů a úhel rozvětvení podobný vlaštovkám či střízlíkům. Některé otisky z jurského období nalezené v Coloradu ukazují dokonce strukturu připomínající polštářky na spodní straně ptačích prstů.
Doktoři z Museum für Naturkunde v Berlíně potvrdili, že podobnost není náhodná. Geometrie stop naznačuje, že některé malé teropody mohly mít podobný způsob pohybu jako dnešní pěvci nebo dravci. To posiluje hypotézu o postupné přeměně dinosauřích končetin v ptačí nohy.
Praktické využití: od terénního průzkumu po muzejní sbírky
Aplikace DinoTracker není jen akademickým experimentem. Výzkumníci ji již testují v terénu v Utahu, Wyomingu a v Patagonii, kde amatérští paleontologové mohou okamžitě porovnat nalezenou stopu s databází. Systém funguje i offline, což oceníš při práci v odlehlých lokalitách bez internetového připojení.
Muzea po celém světě začínají digitalizovat své sbírky fosilních stop právě pomocí této technologie. Univerzita v Tübingenu plánuje rozšířit databázi o čtyřprsté otisky sauropodů a další typy stop. Vědci doufají, že umělá inteligence pomůže identifikovat doposud neznámé druhy pouze na základě tvarové analýzy.
Máš zájem o paleontologii? Stažení aplikace je zdarma a můžeš přispět k výzkumu nahráním fotografií stop, které najdeš během svých výletů do oblastí s výskytem zkamenělin.
