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Les robots tueurs peuvent-ils aider à sauver la grande barrière de corail?

Des chercheurs australiens utilisent une technologie autonome pour lutter contre un ravageur notoirement difficile à tuer

Illustration: Derek Ercolano

J'en repère un par un matin clair de septembre, tout en nageant dans les eaux tièdes autour de la Grande Barrière de Corail. Une étoile de mer saisissante, de couleur cabernet et arborant plus d'une douzaine de bras, épouse le flanc d'une crête de corail légèrement incurvée. Il a l'air charmant et dangereux, et pas seulement parce que je sais que les longues épines qui le recouvrent sont laquées avec du venin.

Cette créature, située à deux heures de bateau de Townsville, au large de la côte nord-est de l'Australie, est connue sous le nom d'étoile de mer à couronne d'épines. Bien que ce soit le premier que j'aie jamais vu, il est loin d'être le seul. Depuis 2010, un fléau d'entre eux, qui se chiffre quelque part par millions, consomme méthodiquement la Grande Barrière de Corail, ce qui en représente une autre dans une série de menaces existentielles pour un système de récifs coralliens déjà blessé par des ouragans intenses et affaibli par des épisodes d'eaux exceptionnellement chaudes .

Ce n'est pas non plus la première épidémie. Depuis 1962, leurs populations ont grimpé en flèche vers le statut d '«épidémie» sur le récif environ tous les 17 ans, commençant au nord de Cairns et se propageant vers le sud par vagues, les larves flottant librement entraînées par les courants. Après s'être installés sur un récif, ils se transforment en minuscules étoiles, impossibles à repérer. Ils ne commencent pas à manger du corail avant d'avoir atteint au moins six mois, alors qu'ils sont encore plus petits qu'un centime.

Photo de l'auteur.

Mais à partir de là, ils commencent à grandir et à manger sérieusement, ressemblant rapidement à leur homonyme biblique. Les étoiles de mer deviennent une armée qui marche sur les estomacs extrudés de leur bouche, digérant la mince couche de corail vivant sous elles, favorisant les coraux à croissance plus rapide, les plus durement touchés par le blanchiment provoqué par la hausse des températures de la mer.

Tout cela est une façon de dire: De toute évidence, cette créature devant moi doit mourir. Mais les deux plongeurs dont la tâche est de tuer des couronnes d'épines le long de ce récif ne sont nulle part en vue. En peu de temps, le méchant épineux et peckish a disparu. C'est là qu'interviennent les robots tueurs.

Deux jours plus tôt, je me tenais dans un laboratoire bien éclairé à Brisbane, à 800 miles au bas de la côte, tenant une tablette Samsung et planifiant un meurtre ciblé. Devant moi se trouvaient cinq robots sous-marins, chacun mesurant environ 2,5 pieds de long et 1,5 pieds de large. Ils étaient de couleur jaune et noire, comme des frelons, et étaient assortis d'une piqûre: chacun capable de trouver et de tuer des étoiles de mer à couronne d'épines sans intervention humaine. «Il s'agit d'un RangerBot», explique Matthew Dunbabin, un robotiste joyeux de la Queensland University of Technology.

L'idée de RangerBot a commencé en 2005, lorsque Dunbabin et un étudiant ont créé un algorithme qui pouvait reconnaître les parasites. Alors que leur système identifiait correctement les étoiles de mer environ 67% du temps - considéré à la pointe de la technologie à l'époque - Dunbabin était contrecarré par un défi beaucoup plus pratique: les mécanismes pour les tuer.

Photo gracieuseté de l'Université de technologie du Queensland.

Dans le passé, les gens avaient essayé de nombreuses façons de tuer les couronnes d'épines: les retirer manuellement des récifs pour les éliminer sur terre; délivrer un choc électrique; couper leur corps (uniquement pour les faire régénérer); ou injecter leurs corps et plus de 20 bras avec des produits chimiques toxiques ou acides - la méthode privilégiée par le petit nombre de plongeurs travaillant à l'époque pour abattre les populations d'étoiles de mer sur les sites touristiques populaires.

Le programme de Dunbabin pouvait reconnaître les étoiles de mer, mais il était loin d'avoir la technologie pour les tuer. Heureusement, il n'en avait pas besoin. En 2014, les chercheurs ont découvert qu'une solution dérivée de sel et de bile induisait une réaction immunitaire extrême et mortelle dans la couronne d'épines, éliminant toutes les étoiles de mer sauf la plus grosse avec un seul coup de 10 millilitres.

"Cela a changé la donne", a déclaré Dunbabin. "Quand nous avons entendu cela, nous avons pensé:" D'accord, nous pouvons revoir cela. ""

Lui et ses collègues ont commencé à construire le prédécesseur de RangerBot, un véhicule autonome semblable à une torpille jaune appelé COTSbot (COTS est l'acronyme d'étoile de mer à couronne d'épines). Sous son corps était attaché un bras pliant pneumatique équipé d'une seringue pour injecter la solution de sel biliaire. Il transportait deux litres de solution, assez pour 200 injections par voyage.

Pour rassembler des images pour entraîner le système de détection du COTSbot (et aider à déterminer les meilleurs angles et emplacements pour délivrer les injections), Dunbabin a collé des caméras GoPro sur les pistolets d'injection des plongeurs peignant le récif pour les étoiles de mer. L'équipe de Dunbabin a ensuite alimenté ces images et d'autres - plus de 100 000 au total - dans un modèle d'apprentissage en profondeur, qui, avec l'aide du collègue de Dunbabin, Feras Dayoub, a appris à distinguer une étoile de mer à couronne d'épines à plusieurs bras d'une, par exemple, une ramification corail vinaigrier.

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Développer un robot tueur autonome n'était pas sans défis. Les images provenant d'Internet, utilisées tôt dans le développement de la vision du robot, étaient souvent ce que Dunbabin appelait des «photos glamour», parfaitement cadrées et éclairées, plutôt que l'étoile de mer à moitié cachée enroulée autour de corail que le robot était plus susceptible de rencontrer. Dans le même temps, l'équipe de robotique voulait éviter de coincer de l'équipement dans un récif tout en chassant ces créatures cachées et a décidé de se concentrer sur les étoiles de mer qu'elles considéraient comme relativement accessibles - c'est-à-dire avec au moins 40% de son corps.

COTSbot a développé la capacité d'identifier ces étoiles de mer avec une précision de 99,4% et, selon Dunbabin, a livré des injections à plus de 200 étoiles de mer au cours de sa durée de vie robotique de deux ans. Mais à plus de quatre pieds de long et 66 livres et coûtant des dizaines de milliers de dollars, COTSbot - qui nécessitait également un expert pour fonctionner - était une preuve de concept, pas un outil final. Il était temps pour une refonte complète.

La raison précise derrière les éclosions de couronnes d'épines n'est pas claire, mais plusieurs facteurs semblent être en jeu. Premièrement, les étoiles de mer se développent rapidement et se reproduisent en abondance. Une seule femelle peut libérer jusqu'à 65 millions d'œufs par an. Deuxièmement, les nutriments emportant les sources comme les fermes de canne à sucre inondent les eaux côtières, fournissant une nourriture abondante au phytoplancton que les larves d'étoiles de mer consomment. Enfin, les gens ont surexploité les prédateurs qui mangent ces invertébrés, à tous les niveaux. Dans ces conditions, les étoiles de mer à couronne d'épines semblent prospérer. La Grande Barrière de Corail, moins.

Cependant, le gouvernement australien a semblé lent à s'attaquer au boom des étoiles de mer mangeuses de corail jusqu'à récemment, alors que les perspectives générales pour le corail devenaient de plus en plus désastreuses. «Le programme de contrôle à grande échelle du gouvernement a débuté en 2012, c'est-à-dire deux ans après le début de l'épidémie actuelle», explique Mary Bonin, directrice adjointe du programme de gestion des étoiles de mer de la couronne d'épines pour la Great Barrier Reef Marine Park Authority, responsable agence gérant le récif.

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Entre 2012 et 2017, le programme de lutte contre la couronne d'épines du gouvernement consistait en un seul navire dédié et sans stratégie globale à proprement parler. Il opérait dans la région nordique, très touristique, où des plongeurs formés injectaient et tuaient des étoiles de mer par milliers. Le gouvernement a ajouté un deuxième bateau en janvier 2017 et cette année portera le total à huit.

Inspiré par l'adoption généralisée des drones volants, Dunbabin s'est demandé: «Pouvons-nous créer un drone de la mer?»

Récemment, les agences fédérales et les universités du Queensland, l'État bordant la Grande Barrière de Corail, ont créé cette stratégie si nécessaire, à la fois pour guider le programme de contrôle et pour hiérarchiser la recherche qui l'informe. L'écologiste David Westcott aide à diriger ces efforts, comme il le dit, "Pour que nous ne dépensions pas seulement des millions de dollars chaque année pour tuer des choses."

Un défi majeur pour le programme d'abattage est que les plongeurs doivent revisiter le même récif encore et encore - quelque chose que Bonin compare à «désherber un jardin» - parce que les couronnes d'épines sont souvent cachées dans des labyrinthes de roche et de corail et sont plus actives dans nuit. "Même lorsque vous vous rendez sur un site avec beaucoup de couronnes d'épines, vous pouvez tuer tous ceux que vous voyez, mais vous ne les voyez pas tous", explique Morgan Pratchett, un écologiste des récifs qui étudie ces étoiles de mer. "C'est le gros problème."

Inspiré par l'adoption généralisée des drones volants, Dunbabin s'est demandé: «Pouvons-nous créer un drone de la mer?» En 2016, son équipe à l'université s'est associée à la Great Barrier Reef Foundation et a demandé (et remporté) 750 000 $ AUD en financement de Bras philanthropique de Google. Allant au-delà de l'idée d'un robot tueur, ils ont proposé de développer une sorte de couteau de l'armée suisse peu coûteux et facile à utiliser pour la surveillance et la gestion des récifs, quelque chose qui pourrait administrer des injections létales aux étoiles de mer comme COTSbot, mais aussi gérer des tâches telles que comme l'étude des coraux, la collecte d'échantillons d'eau et la cartographie du plancher océanique.

Deux ans plus tard, RangerBot est né. Ce robot, environ la moitié de la taille et du poids de COTSbot et un huitième du coût, repose sur trois systèmes de vision robotique: un pour identifier la couronne d'épines, un pour la navigation, et un pour l'enregistrement et la surveillance d'images. Il «voit» à l'aide d'une caméra stéréo avant et d'une caméra stéréo descendante, chacune flanquée d'une paire de lumières, ce qui rend les missions nocturnes désormais possibles. Passer de cinq à six propulseurs permet de mieux manœuvrer autour de complexes de coraux délicats et un positionnement plus précis sur les étoiles de mer - une difficulté majeure pour COTSbot, qui n'avait aucun contrôle latéral. Le système, contrôlé par tablette, est remarquablement facile à utiliser, nécessitant peu de formation formelle. Les piles amovibles pouvant alimenter des missions d'une durée maximale de huit heures ajoutent encore plus de flexibilité.

Photo gracieuseté de l'Université de technologie du Queensland.

«Nous ne surpasserons jamais un humain en termes de dextérité, de capacité à regarder sous les coraux», explique Dunbabin des capacités de recherche et de destruction des étoiles de mer de RangerBot, «mais ce que nous pourrions faire, c'est leur fournir les outils qui peuvent les aider à se développer . "

RangerBot est toujours au stade d'essai, mais cette suite de fonctionnalités pourrait le rendre idéal pour les relevés, en fournissant une reconnaissance rapide de l'endroit où les étoiles de mer sont les plus concentrées et en aidant les équipes de contrôle à optimiser les efforts. Les experts prévoient également d'envoyer les robots dans des eaux plus profondes ou plus dangereuses pour éviter les risques pour les plongeurs tels que les hautes pressions, les requins et les crocodiles. À l'heure actuelle, «RangerBot est probablement plus efficace en tant que machine de surveillance plutôt qu'en tant que machine de contrôle», explique Westcott, qui prévoit néanmoins éventuellement de l'intégrer dans le programme de gestion. "Il va falloir beaucoup de temps avant que nous ayons des milliers de ces choses sur le récif qui tuent les étoiles de mer de la couronne d'épines."

Actuellement, Dunbabin possède cinq robots, et cinq autres sont en préparation. Il a suscité de l'intérêt pour des demandes aussi variées que les relevés d'herbes marines et les inspections d'amarrage. En octobre, lui et un collaborateur ont remporté environ 225 000 $ pour un projet de restauration de corail, qui impliquera d'adapter RangerBot pour ensemencer des récifs endommagés avec des larves de corail.

«Je pensais que j'allais me faire marteler par la construction d'un robot tueur», a admis Dunbabin. Au lieu de cela, les critiques se demandent si c'est assez meurtrier.

L'autorité du parc marin a observé une démonstration complète de RangerBot fin octobre, qui, selon Dunbabin, entraînera encore plus de fonctionnalités et de nouvelles applications dans les mois à venir. «Les gens ont l'impression que cette chose est en train de tuer des étoiles de mer en ce moment», explique Bonin, qui a hâte de continuer à en apprendre davantage sur son potentiel. "Nous n'y sommes pas encore tout à fait, mais c'est une technologie passionnante."

Le jour où j'ai passé la plongée avec tuba près de Townsville, deux plongeurs ont abattu seulement environ 70 étoiles de mer. Mais un plongeur, Warren Haydon, un homme qui a l'air joyeusement survécu à cinq décennies de plongée, a déclaré que des efforts similaires, aussi récents qu'en janvier, ont produit environ 700 couronnes d'épines. Ils manqueraient de temps et de produits chimiques pour tuer toutes les étoiles de mer, a-t-il déclaré. Quand j'ai vu ce récif, environ 65% de son corail a été endommagé, principalement par la couronne d'épines.

Avec les coraux confrontés à tant de menaces, la récupération n'est pas garantie, mais supprimer une menace pourrait augmenter leurs chances. «Les coraux se développent plus lentement», explique Pratchett. "Mais j'espère toujours qu'il y aura une reprise."

Pourtant, certains remettent en question la valeur de la résolution du problème. Personne ne prétend que le programme d’abattage mettra fin à l’épidémie actuelle, et le réchauffement de la planète est important pour l’avenir de la Grande Barrière de Corail. Mais plusieurs experts affirment que s'attaquer au problème des étoiles de mer semble être quelque chose qu'ils peuvent et devraient faire. Comme l'a dit Pratchett, "Ce n'est pas comme si quelqu'un allait mourir d'un cancer, vous ne traitez pas son infection."

Rohan Kilby, comme Haydon, abat des étoiles de mer depuis deux ans avec une agence de voyages locale. Il doute qu'un robot puisse correctement injecter des étoiles de mer au bon endroit et les tuer. "Je suis très, très sceptique qu'un robot sera capable de faire ça", dit Kilby. Bonin a soulevé la même question.

«Je pensais que j'allais me faire marteler par la construction d'un robot tueur», a admis Dunbabin. Au lieu de cela, les critiques se demandent si c'est assez meurtrier.

Sur le récif, j'ai vu de près ce qu'il fallait pour tuer ces étoiles de mer, dont les populations indigènes s'effondreraient un jour par elles-mêmes et, si rien ne change, recommencer le cycle. Flottant juste au-dessus d'une étagère de corail or pâle, j'ai vu Haydon se stabiliser en insérant deux fois le pistolet d'injection dans une étoile de mer bleu et rouge sombre. L'étoile de mer distinctive, plus d'un pied de diamètre, n'a fait aucune réaction évidente, et j'ai vu Haydon utiliser un crochet en métal pour le retirer du récif et laisser la créature s'écrouler doucement jusqu'à sa mort.