AI駆動の海洋ロボティクス：水中知覚と生態系モニタリングにおける新興トレンド

要旨: 気候変動により海洋生態系はますます大きな圧力にさらされており、有効な保全および修復活動を情報として支えるためには、スケーラブルでAIを活用したモニタリング手法が必要になっている。本論文では、水中AIが主要な研究フロンティアとして急速に登場してきたことを検討し、水中における知覚がニッチな応用からAIイノベーションの触媒へと変化するに至った要因を分析する。収束する3つの駆動要因を特定する。すなわち、i) 生態系規模のモニタリングに対する環境的必要性、ii) 市民科学プラットフォームによる水中データセットの民主化、iii) 飽和した陸上のコンピュータビジョン領域からの研究者の移行である。我々の分析は、水中に固有の課題――濁度、隠れた種の検出、専門家によるアノテーションのボトルネック、ならびに生態系をまたいだ汎化――が、弱教師あり学習、オープンセット認識、劣化した条件下での頑健な知覚といった基礎的な進歩をどのように牽引しているかを明らかにする。データセット、シーン理解、3D再構成に関する新興のトレンドを概観し、受動的な観察から、AIによって駆動され、狙いを定めた介入能力へとパラダイムが移行していることを示す。本論文は、水中における制約が、基盤モデル、自分自身を教師とする学習、そして知覚の限界を押し広げていることを示し、その方法論上の革新が、海洋用途をはるかに超えて、一般のコンピュータビジョン、ロボティクス、ならびに環境モニタリングにまで利益をもたらすことを論じる。