Selon la National Oceanic and Atmospheric Administration, l’aquaculture aux États-Unis représente une industrie de 1,5 milliard de dollars par an. Tout comme la culture terrestre, la conchyliculture nécessite une production de semences saines afin de maintenir une industrie durable. La production aquacole de larves de coquillages (graines) en écloserie nécessite une surveillance étroite pour suivre les taux de mortalité et évaluer la santé dès les premiers stades de la vie.
Une observation minutieuse est nécessaire pour éclairer la planification de la production, déterminer les effets des bactéries nocives naturelles et garantir une production durable de semences. Il s’agit d’une étape essentielle pour les écloseries de coquillages, mais il s’agit actuellement d’un processus manuel fastidieux et sujet aux erreurs humaines.
Grâce au financement du laboratoire Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab (J-WAFS) du MIT, le MIT Sea Grant travaille avec le professeur agrégé Otto Cordero du département de génie civil et environnemental du MIT, le professeur Taskin Padir et le chercheur Mark Zolotas de la Northeastern University. Institute for Experiential Robotics, et d'autres au sein de l'Aquaculture Research Corporation (ARC) et de la Cape Cod Commercial Fishermen's Alliance, pour faire progresser la technologie pour l'industrie aquacole. Situé à Cape Cod, ARC est une écloserie, une ferme et un grossiste de fruits de mer de premier plan qui joue un rôle essentiel dans la fourniture de semences de fruits de mer de haute qualité aux producteurs locaux et régionaux.
Deux étudiants du MIT se sont joints à l'effort ce semestre, en travaillant avec Robert Vincent, directeur adjoint des services consultatifs du MIT Sea Grant, par le biais du programme d'opportunités de recherche de premier cycle (UROP).
Unyime Usua, étudiant de première année, et Santiago Borrego, étudiant en deuxième année, utilisent des images microscopiques de graines de coquillages de l'ARC pour former des algorithmes d'apprentissage automatique qui aideront à automatiser le processus d'identification et de comptage. L’outil convivial de reconnaissance d’images qui en résulte vise à aider les aquaculteurs à différencier et à compter les larves de coquillages saines, malsaines et mortes, améliorant ainsi la précision et réduisant le temps et les efforts.
Vincent explique que l'IA est un outil puissant pour les sciences de l'environnement qui permet aux chercheurs, à l'industrie et aux gestionnaires de ressources de relever des défis qui ont longtemps été des points critiques pour la collecte de données, l'analyse, les prévisions et la rationalisation précises des processus. « Le soutien financier de programmes comme J-WAFS nous permet de nous attaquer de front à ces problèmes », dit-il.
L'ARC est confrontée à des défis liés à la quantification manuelle des classes de larves, une étape importante dans son processus de production de semences. « Lorsque les larves sont en phase de croissance, elles sont constamment dimensionnées et comptées », explique Cheryl James, responsable de la production larvaire/juvénile de l'ARC. « Ce processus est essentiel pour encourager une croissance optimale et renforcer la population. »
Le développement d’un système automatisé d’identification et de comptage contribuera à améliorer cette étape du processus de production avec des avantages en termes de temps et de coûts. « Ce n'est pas une tâche facile », déclare Vincent, « mais avec les conseils du Dr Zolotas de l'Institut de robotique expérientielle de la Northeastern University et le travail des étudiants de l'UROP, nous avons fait de solides progrès. »
Le programme UROP profite aussi bien aux chercheurs qu'aux étudiants. Impliquer les étudiants du MIT UROP dans le développement de ces types de systèmes fournit un aperçu des applications d'IA qu'ils n'auraient peut-être pas envisagées, offrant des opportunités d'explorer, d'apprendre et de s'appliquer tout en contribuant à résoudre de réels défis.
Borrego a vu ce projet comme une opportunité d'appliquer ce qu'il avait appris au cours 6.390 (Introduction à l'apprentissage automatique) à un problème du monde réel. «Je commençais à avoir une idée de la façon dont les ordinateurs peuvent voir des images et en extraire des informations», dit-il. « Je voulais continuer à explorer cela. »
Usua a décidé de poursuivre le projet en raison des impacts directs qu’il pourrait avoir sur l’industrie. « Je suis très intéressé de voir comment nous pouvons utiliser l'apprentissage automatique pour faciliter la vie des gens. Nous utilisons l’IA pour aider les biologistes à faciliter ce processus de comptage et d’identification. Même si Usua n'était pas familière avec l'aquaculture avant de démarrer ce projet, elle explique : « Rien qu'en entendant parler des écloseries dont le Dr Vincent nous parlait, il était regrettable que peu de gens sachent ce qui se passe et les problèmes qu'ils rencontrent. auquel je fais face.
Rien qu’à Cape Cod, l’aquaculture représente une industrie de 18 millions de dollars par an. Mais la Division des pêches maritimes du Massachusetts estime que les écloseries ne sont capables de répondre qu’à 70 à 80 pour cent de la demande annuelle de semences, ce qui a un impact sur les producteurs et les économies locales. Grâce à ce projet, les partenaires visent à développer une technologie qui augmentera la production de semences, fera progresser les capacités de l'industrie et aidera à comprendre et à améliorer le microbiome des couvoirs.
Borrego explique le défi initial lié au fait de disposer de données limitées avec lesquelles travailler. « Au début, nous devions parcourir et étiqueter toutes les données, mais suivre ce processus m'a beaucoup aidé à apprendre. » À la manière du MIT, il partage ce qu'il a retenu du projet : « Essayez de tirer le meilleur parti de ce qui vous est donné avec les données avec lesquelles vous devez travailler. Vous allez devoir adapter et changer vos stratégies en fonction de ce dont vous disposez.
Usua décrit son expérience du processus de recherche, de la communication en équipe et du choix des approches à adopter. « La recherche est un processus long et difficile, mais il y a beaucoup à gagner car elle vous apprend à chercher par vous-même et à trouver vos propres solutions aux problèmes. »
En plus d'augmenter la production de semences et de réduire le travail humain requis dans le processus d'écloserie, les collaborateurs s'attendent à ce que ce projet contribue aux économies de coûts et à l'intégration technologique pour soutenir l'une des industries les plus mal desservies des États-Unis.
Borrego et Usua prévoient tous deux de poursuivre leur travail pendant un deuxième semestre avec le MIT Sea Grant. Borrego souhaite en savoir plus sur la manière dont la technologie peut être utilisée pour protéger l'environnement et la faune. Usua dit qu'elle espère explorer davantage de projets liés à l'aquaculture. « Il semble qu'il existe une infinité de façons de résoudre ces problèmes. »