AI가 수산양식에 미치는 영향: TidalX A This Alphabet Spin-off Brings “Fishal Recognition” to Aquaculture
Tidal의 AI와 로봇이 연어 양식업을 더욱 지속 가능하게 만듭니다
Google 모회사인 Alphabet의 TidalX AI
노르웨이 의 험준한 피오르드 깊은 곳에서 우리 팀은 땅에서 약 1m 높이의 죽마 위에 있는 소금물로 가득 찬 밀폐된 금속 경주로 주변에 모여 있었습니다. 우리는 이 거대한 금속 장치를 "물고기 굴"이라고 불렀습니다. 안에서 연어 한 마리가 3m 지름의 고리를 돌며 본능에 따라 끊임없이 해류에 맞서 헤엄쳤습니다. 스톱워치가 울리고 누군가가 "다음 물고기!"라고 소리쳤습니다. 우리는 수영하는 물고기를 움켜쥐고 무게를 재고 건강 데이터를 기록한 다음 근처 우리에 있는 연어 떼에게 돌려보냈습니다. 팀이 다음 물고기를 경주로에 실었을 때 태양이 하늘에 높이 떠 있었습니다. 우리는 저녁까지 계속 일하며 수백 마리의 물고기를 측정했습니다.
This Alphabet Spin-off Brings “Fishal Recognition” to Aquaculture
https://spectrum.ieee.org/aquaculture
이것은 기괴한 물고기 올림픽이 아니었습니다. 오히려 그것은 인공 지능 과 첨단 로봇 기술을 양식업 에 도입하는 우리 회사 TidalX AI 의 여정에서 중요한 순간이었습니다.
Tidal은 Google의 모회사인 Alphabet의 Moonshot Factory 인 X 에서 나왔으며, 수백만, 아니 수십억 명의 사람들에게 변화를 가져다주는 기술을 만들고자 합니다. 그것은 2018년에 소수의 엔지니어를 북극권 근처의 양식장 으로 데려온 사명이었습니다 . 저희 팀은 물고기의 건강과 성장에 대한 새로운 통찰력을 제공하고 양식장의 환경적 영향을 측정하기 위해 물고기의 가시적이고 행동적인 지표를 추적하는 방법을 배우고 있었습니다. 그리고 양식업은 우리의 시작일 뿐입니다. 저희가 개발한 모듈식 기술은 다른 해양 기반 산업에도 유용할 것이라고 생각합니다.
시작하기 위해, 우리는 세계 최대의 연어 양식 회사인 Mowi ASA 와 협력하여 양식장을 위한 수중 카메라와 소프트웨어 시스템을 개발했습니다. 2018년 2주 동안 실리콘 밸리 엔지니어로 구성된 우리의 소규모 팀은 연어 양식에 대해 직접 체험하고, 노르웨이의 작은 섬에 있는 Airbnb에서 캠핑을 하고, 작은 모터보트를 타고 양식장으로 출퇴근했습니다. 우리는 양식장의 문제와 필요성에 대해 가능한 한 많이 알고 싶었습니다. 팀은 노트북, 코드, 가젯, 기성품 부품으로 조립한 엉성한 카메라 프로토타입을 가지고 도착했는데, 결국 수중 세계로의 창문이 되었습니다.
그래도 그 초기 여행은 우리에게 첫 번째 1,000개의 물고기 데이터 포인트와 증가하는 수중 이미지 라이브러리를 제공했습니다(그 이후로 우리의 데이터 세트는 수백만 배로 증가했습니다). 그 첫 번째 데이터 수집을 통해 우리는 인간의 눈에 보이지 않는 패턴을 식별하도록 첫 번째 AI 모델을 세심하게 훈련할 수 있었습니다 . 진실의 순간은 2개월 후, 데모 소프트웨어가 이미지만으로 물고기 무게를 성공적으로 추정했을 때 왔습니다. 그것은 획기적인 일이었고, 우리의 비전에 대한 검증이었지만, 기술 개발의 수년간의 여정의 첫 단계에 불과했습니다.
무게 추정은 양식장의 효율성을 높이고 농부들이 연어의 이익을 위해 조기에 조치를 취할 수 있도록 돕기 위해 우리가 개발할 기능 모음의 첫 번째 기능이었습니다. 물고기가 얼마나 빨리 자라는지에 대한 더 나은 데이터를 무장한 농부들은 낭비되는 음식과 물고기 폐기물을 최소화하기 위해 먹이 공급 속도를 더 정확하게 계산할 수 있으며, 이는 주변 바다에 영향을 미칠 수 있습니다. 우리의 모니터링 시스템을 통해 농부들은 해충이 널리 퍼져서 값비싸고 집중적인 처리가 필요하기 전에 해충 발생을 포착할 수 있습니다.
Tidal의 기원
바다 는 오랫동안 Alphabet의 Moonshot Factory의 엔지니어들을 매료시켜 왔습니다. 이 회사는 새로운 기술과 수익성 있는 회사를 만드는 임무를 가지고 있습니다. X는 지난 10년 동안 다양한 바다 기반 프로젝트를 탐구했는데, 여기에는 해수를 연료로 바꾸는 노력 , 수중 로봇이 탄소 격리와 식량을 위해 해초를 재배할 수 있는지를 탐구하는 프로젝트, 깨끗한 에너지를 위한 부유형 태양 전지 패널 테스트가 포함됩니다.
어떤 면에서 바다를 위한 기술을 구축하는 것은 변화를 만들고자 하는 엔지니어에게 당연한 선택입니다. 지구의 약 3분의 2는 물로 덮여 있으며, 30억 명이 넘는 사람들이 단백질을 위해 해산물에 의존합니다. 바다는 또한 기후 조절, 생명을 주는 산소, 수십억 명의 사람들의 생계를 지원하는 데 중요합니다. 이러한 사실에도 불구하고, " 물 속의 생명 " 에 초점을 맞춘 유엔 지속 가능한 개발 목표 14번은 17개 목표 중에서 가장 자금이 부족합니다 .
인류가 직면한 가장 시급한 과제 중 하나는 세계 인구가 계속 증가함에 따라 지속 가능하고 건강한 단백질 공급원에 대한 지속적인 접근성을 보장하는 것입니다. 2050년까지 세계 인구가 97억 명 에 달할 것으로 예상됨에 따라 해산물에 대한 수요는 계속 증가할 것이며, 쇠고기와 돼지고기와 같은 다른 동물성 단백질에 대한 더 건강하고 탄소 배출량이 적은 대안을 제공합니다. 그러나 오늘날의 야생 어업 관행은 지속 불가능하며, 현재 세계 어장의 거의 90%가 완전히 착취(최대 용량까지 사용)되었거나 과도하게 어획된 것으로 간주됩니다.
수산양식은 유망한 해결책을 제공합니다. 양식어는 야생 어류에 대한 압박을 완화하고, 단백질을 생산하는 보다 지속 가능한 방법을 제공하며, 수백만 명의 생계를 지원할 수 있는 잠재력이 있습니다. 또한 생선은 육상 단백질보다 훨씬 더 효율적인 단백질 공급원입니다. 연어는 대략 1:1의 "사료 전환율"을 가지고 있습니다. 즉, 소비된 사료 1kg당 약 1kg의 체중을 생산한다는 의미입니다. 반면 소는 1kg의 체중을 얻기 위해 8~12kg 의 사료가 필요합니다.
그러나 양식업은 수온 상승, 해양 조건 변화, 효율성과 지속 가능성 개선에 대한 절실한 필요성을 포함한 점점 더 큰 과제에 직면해 있습니다. 농부들은 과도한 사료와 폐기물로 인한 오염 에 대한 책임이 있으며 , 양식 인구 사이에 빠르게 퍼질 수 있는 어류 질병과 씨름하고 있습니다.
Tidal에서 저희 팀은 바다를 보호하고 세계 식량 안보 문제를 해결할 기술을 개발하고 있습니다. 저희는 노르웨이, 일본 및 기타 여러 나라의 양식장을 방문하여 저희 기술을 테스트했습니다. 이 기술이 양식 관행을 변화시키고 물고기, 사람, 지구에 유익한 힘이 되기를 바랍니다.
수산양식을 위한 AI의 데이터
연어 양식은 해양 양식 산업에서 기술적으로 가장 진보된 부문이므로, 우리는 거기서 시작했습니다. 대서양 연어는 인기 있는 해산물로, 2023년에는 세계 시장이 거의 200억 달러에 달합니다. 그 해에 대서양에서 287만 톤 의 연어가 양식되었습니다. 전 세계적으로 양식 연어는 판매되는 모든 연어의 거의 4분의 3을 차지합니다 .
Mowi와의 파트너십은 그들의 심층적인 양식 지식과 AI, 수중 로봇공학, 데이터 과학 에 대한 우리의 전문 지식을 결합했습니다 . 우리의 초기 목표는 바이오매스를 추정하는 것이었는데, 이는 어류 양식에서 중요한 작업으로, 펜 안의 물고기의 무게와 분포를 실시간으로 정확하게 평가하는 것을 포함합니다. 이 작업을 숙달하면 개선을 위한 기준이 마련되는데, 더 나은 측정은 더 나은 관리를 가능하게 할 수 있기 때문입니다.
우리는 최첨단 AI에서조차 신뢰할 수 있는 수중 컴퓨터 비전 모델이 존재하지 않는다는 것을 금방 깨달았습니다. 최첨단 컴퓨터 비전 모델은 수중 이미지와 종종 잘못 식별된 연어에 대해 훈련되지 않았으며, 때로는 우스꽝스러운 결과가 나왔습니다. 한 모델은 물고기를 우산으로 자신 있게 분류했습니다. 또한 우리는 펜 안에 있는 최대 200,000마리의 연어의 평균 무게를 추정해야 했지만, 농장주가 매주 20~30마리의 연어를 수동으로 샘플링한 것에 기반한 사용 가능한 참조 데이터는 개체군 전체의 변동성을 나타내지 못했습니다. 우리는 오래된 컴퓨팅 속담인 "쓰레기가 들어가면 쓰레기가 나온다"는 것을 깨달았고, 따라서 우리 모델의 성능은 훈련에 사용한 데이터의 품질과 양만큼만 좋을 것이라는 것을 깨달았습니다. Mowi의 원하는 정확도에 대한 모델을 개발하려면 엄청나게 더 큰 데이터 세트가 필요했습니다.
따라서 우리는 해양 펜의 이미지로 된 고품질 데이터 세트를 만들기로 했습니다. 이미지에서 물고기 무게를 추정하는 가장 초기의 실험에서 우리는 우리 연구실에서 사실적으로 보이는 고무 물고기로 작업했습니다. 하지만 더 나은 데이터가 필요해서 2018년에 노르웨이로 가서 영상을 수집했습니다. 먼저, 우리는 작은 울타리 안에 있는 개별 물고기의 사진을 찍어보려고 했지만, 이 방법은 물고기가 카메라 앞에서 안정적으로 헤엄치지 않았기 때문에 비효율적이라는 것이 증명되었습니다.
그때 우리는 모든 각도에서 개별 물고기의 이미지를 포착하기 위해 물고기가 달리는 경주로를 설계했습니다. 그런 다음 이 영상을 해당 무게와 건강 측정값과 페어링하여 모델을 훈련했습니다. 두 번째 돌파구는 모든 물고기의 무게를 개별적으로 측정한 양식장의 수확 데이터에 액세스했을 때였습니다. 이 추가로 데이터 세트가 천 배나 확장되었고 모델 성능이 개선되었습니다. 곧 우리는 주어진 인클로저 내의 전체 개체군에 대한 물고기 무게 분포를 매우 정밀하고 정확하게 추정할 수 있는 모델을 갖게 되었습니다.
바다를 위한 탄력성 있는 하드웨어 제작
우리는 정밀하고 정확한 AI 모델을 구축하는 동시에 포괄적인 하드웨어 패키지를 만들고 있었습니다. 이 시스템에는 수중 카메라 , 펜 내에서 카메라를 움직이는 자율 윈치, 통합 소프트웨어 플랫폼이 포함되었습니다.
우리의 초기 현장 실험은 동결 온도, 높은 파도, 강한 해류를 포함한 극한의 환경 조건에서 기술을 작동시키는 엄연한 현실을 우리에게 알려주었습니다. 이러한 과제를 해결하기 위해 우리는 Tidal 기술을 엄격한 테스트에 수년간 적용했습니다. 우리는 극한의 조건을 시뮬레이션하고, 장비를 한계까지 밀어붙였으며, 심지어 일반적으로 군용 장비에 사용되는 표준을 사용하기도 했습니다. 우리는 대부분의 전자 제품을 폭발시킬 만큼 강한 압력에서 얼마나 잘 작동하는지 테스트했습니다. 실험실 결과에 만족한 후, 우리는 북극권 위의 농장에서 기술을 테스트했습니다.
그 결과, 물고기의 스트레스를 최소화하는 효율적인 조명과 함께 반응성이 뛰어난 상단, 스테레오 및 하단 카메라를 갖춘 놀라울 정도로 회복성이 뛰어난 시스템이 탄생했습니다. 스마트 윈치는 수평 및 수직 축에서 24시간 내내 펜을 통해 카메라를 자율적으로 움직여 매일 수만 개의 물고기 관찰 결과를 수집합니다. Mowi Farming Norway의 최고운영책임자인 Oyvind Oaland 는 당사의 상용 제품을 "양식업에서 가장 진보된 감지 및 분석 플랫폼이며 의심할 여지 없이 가장 큰 잠재력을 가진 플랫폼"이라고 불렀습니다.
Tidal 시스템은 오늘날 농장주에게 물고기 성장, 건강 및 먹이에 대한 실시간 데이터를 제공하여 데이터 중심의 의사 결정을 내려 운영을 최적화할 수 있도록 합니다. 당사의 주요 혁신 중 하나는 업계 최초의 AI 기반 자율 먹이 공급 시스템을 개발하고 통합한 것입니다. 이 시스템은 물고기에게 성장에 필요한 양만큼만 먹이를 공급하여 낭비되는 음식과 물고기 배설물을 최소화하여 양식장의 환경적 영향을 개선합니다. 당사의 자율 먹이 공급 시스템을 카메라 플랫폼과 통합함으로써 농장주는 펜에 올인원 시스템 하나를 배치하여 비용과 어수선함을 줄일 수 있었습니다.
자율적 먹이 공급 시스템을 개발하는 데는 새로운 과제가 있었습니다. 모든 과제가 기술적인 것은 아니었습니다. 우리는 처음에 물고기의 식욕에 영향을 미치는 수많은 요인을 기반으로 하는 이상적인 먹이 공급 전략을 목표로 했습니다. 이 전략은 모든 사용자에게 바로 사용할 수 있는 것입니다. 하지만 이 전략이 수십 년의 경험에 기반한 먹이 공급 정책과 달랐을 때 농부들의 저항에 부딪혔습니다.
이러한 대응으로 인해 저희는 접근 방식을 재고하고 일괄적 솔루션에서 농부가 사용자 정의할 수 있는 모듈식 시스템으로 전환해야 했습니다 . 이를 통해 농부는 먼저 특정 먹이 선호도에 맞게 시스템을 조정하여 신뢰와 수용을 구축할 수 있었습니다. 농부는 처음에 선호하는 최대 및 최소 먹이 속도와 사료 낙하 허용 범위를 설정할 수 있었습니다. 시간이 지남에 따라 기술을 더 신뢰하기 시작하면서 더 자율적으로 실행하도록 할 수 있었습니다. 펜에 배치되면 시스템은 물고기의 행동과 그물을 통해 떨어지는 사료 펠릿 수에 대한 데이터를 수집하여 물고기 식욕에 대한 시스템의 추정치를 개선합니다. 이러한 지속적인 개정은 먹이 공급 효율성을 개선할 뿐만 아니라 성장을 최적화하고 낭비를 줄이며 환경 영향을 최소화할 뿐만 아니라 농부 사이에 신뢰를 구축합니다.
지속 가능한 양식업에 대한 조수의 영향
Tidal의 기술은 여러 가지 이점을 보여주었습니다. 자동화된 사료 시스템을 통해 농부들은 생산 효율성을 개선하고 비용을 절감하며 환경적 영향을 줄이고 있습니다. 저희 소프트웨어는 또한 바다 이가 감염 및 상처와 같은 건강 문제를 조기에 감지하여 농부들이 보다 집중적인 치료로 신속하게 개입할 수 있도록 합니다. 농부들이 정확한 바이오매스와 어류 복지 추정치를 가지고 있을 때, 수확 시기를 최적화하고 수확한 어류가 건강이 좋지 않거나 좋은 시장 가격을 받을 수 없을 정도로 작을 위험을 최소화할 수 있습니다. 저희는 AI를 시스템의 모든 측면에 통합함으로써 농부들이 보다 정보에 입각하고 지속 가능한 결정을 내릴 수 있도록 하는 강력한 도구를 만들었습니다.
플랫폼 접근 방식은 또한 기술 전문가와 양식 전문가 간의 협업을 촉진합니다. 현재 우리는 어류 행동 탐지 및 해양 시뮬레이션 모델링과 같은 기계 학습 의 새로운 응용 분야에 대해 농부 및 어류 건강 전문가와 협력하고 있습니다 . 이 모델링은 농부가 영양소 오염 및 수온 상승으로 인한 유해한 조류 개화와 같은 심각한 문제를 예측하고 대응하는 데 도움이 될 수 있습니다.
지금까지 전 세계 700개 이상의 펜에 시스템을 설치하고, 300억 개 이상의 데이터 포인트를 수집하고, 1.5페타바이트의 영상을 처리하고, 성장 주기 내내 5,000만 마리 이상의 물고기를 모니터링했습니다. 수년간의 연구 개발, 상업적 검증 및 확장 덕분에 우리 회사는 이제 다음 단계에 들어섰습니다. 2024년 7월 Tidal은 Alphabet의 X에서 졸업하고 미국과 노르웨이 벤처 캐피털 회사와 Alphabet을 포함한 투자자와 함께 독립 회사로 출범했습니다.
Tidal이 달 탐사 아이디어에서 상업적으로 실행 가능한 회사로 가는 여정은 우리가 이루고자 하는 것의 시작일 뿐입니다. 우리 지구가 끝없는 도전에 직면해 있는 가운데, 빠르게 적응하는 세상에서 생존하고 번영하기 위해 최첨단 기술을 활용하는 것은 그 어느 때보다 중요할 것입니다. 양식업은 Tidal의 첫 걸음이지만, 경제 및 식량 안보를 갖춘 지속 가능한 미래를 지원하기 위해 바다 속에는 잠재력이 매우 많습니다.
우리의 기술이 이미 연어 생산을 보다 지속 가능하고 효율적으로 만들어 바다의 건강과 해산물에 단백질을 의존하는 증가하는 세계 인구에 기여하고 있다는 사실이 자랑스럽습니다.
Tidal의 수중 지각 기술은 양식업을 훨씬 넘어서 해양 기반 산업 전반에 걸쳐 변혁적 잠재력을 제공하며, 이를 통틀어 "블루 이코노미"라고 합니다. 우리의 뿌리는 "블루 푸드"에 있지만, 우리의 도구는 해상 풍력 발전소와 같은 해저 인프라를 모니터링하여 "블루 에너지" , 더 효율적인 운송 경로를 위해 해양 시뮬레이션을 개선하여 "블루 운송", 해초와 같은 해양 생태계의 탄소 저장 용량을 매핑하고 정량화하여 "블루 카본"에 적용할 수 있습니다 .
예를 들어, 우리는 이미 연어 바이오매스 추정 모델을 적용하여 인도네시아 동부의 해초 층에 대한 자세한 3차원 지도를 만들어 물 표면 아래에 저장된 탄소량을 추정할 수 있음을 입증했습니다. 우리는 중요한 지식 격차를 해소하고자 합니다. 과학자들은 해초 생태계가 얼마나 많은 탄소를 격리할 수 있는지에 대한 데이터가 제한되어 있어 해양 기반 탄소 크레딧 시장의 신뢰성이 훼손됩니다. 우리의 기술을 적용하면 과학적 이해를 증진하고 이러한 중요한 해양 서식지를 보호하고 보존하는 데 투자를 촉진할 수 있습니다.
작은 노르웨이 양식장에서 경주로를 헤엄치는 물고기로 시작된 일이 인류가 해양 자원을 보호하고 최대한 활용하는 데 도움이 되는 기술 모음으로 발전할 수 있습니다. 가장 혹독한 해양 조건을 견뎌낼 수 있도록 설계된 견고한 AI 기반 시스템을 갖춘 Tidal은 바다가 아무리 거칠어도 블루 이코노미에 혁명을 일으킬 준비가 잘 되어 있습니다.
This Alphabet Spin-off Brings “Fishal Recognition” to Aquaculture
https://spectrum.ieee.org/aquaculture
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