海底世界常看到一叢一叢、長得像樹的珊瑚，他們是主要生長在熱帶水域，由許多珊瑚蟲（Polyps）組成的動物，珊瑚蟲會透過海水吸取碳酸鈣來形成堅硬的外殼，日積月累下形成了今日的珊瑚礁。雖然珊瑚礁只佔海底面積約0.2%，卻為超過1/4的海洋物種提供了棲息地。
珊瑚對海洋溫度與酸鹼度變化非常敏感，海洋溫度上升、酸性增強，都可能導致珊瑚生病或死亡。根據全球珊瑚礁監測網絡（Global Coral Reef Monitoring Network，GCRMN）的報告，海水溫度上升1.5°C，就可能造成全世界70％到90％的珊瑚消失。此外，更有科學家估計，在暖化威脅下，珊瑚將可能在2070年完全絕跡。
珊瑚的成長速度非常緩慢，一般復育珊瑚的方式通常會將小片珊瑚在陸地苗圃中培養後，再移植到受傷的珊瑚礁上。然而，這項作法不僅成本高昂且速度緩慢，僅能優先協助岌岌可危的珊瑚礁。為拯救暖化對珊瑚的影響，各地研究者研發出許多新科技，輔助珊瑚復育和保育行動。
機器人化身珊瑚復育好手
距離西澳海岸約60公里，在素有西澳大堡礁之稱的阿布羅霍斯群島（Abrolhos Islands）的淺水區域，科學家福斯特（Taryn Foster）與他的團隊正在訓練人工智慧（AI）投入珊瑚復育工作。
福斯特團隊設計用來培育珊瑚礁的底座，是具有凹槽、帶有手柄、由混凝土製成的扁平圓盤。科學家會訓練機器人製作符合珊瑚碎片大小的塞子（plugs），以節省人工復育的例行工作，再將這些底盤分批放入海中。
測試至今的成果令人振奮，福斯特表示，「我們已部署了幾個不同珊瑚礁結構的模型，也在四種不同的珊瑚物種上測試，牠們都長得很好。」
科學家福斯特（Taryn Foster）將用來培育珊瑚礁的底盤分批放入海中。照片來源：AUTODESK新聞稿
由福斯特成立的新創公司Coral Maker更進一步與軟體大廠歐特克（Autodesk）合作，訓練人工智慧及協作機器人（cobots），讓機器人與人類一起合作復育珊瑚，以加速復育進程。
機器人主要負責珊瑚復育過程中，一些重複拿取和放置的動作，機器手臂負責製作符合珊瑚碎片大小的塞子，並將其黏接到培育底座上，研究員則用影像決定如何抓取。即使是同種珊瑚的碎片，形狀也大不相同，因此需要多加訓練機器人辨認珊瑚的形狀，以製作出符合碎片形狀的基座。
Coral Maker的下一步是在一年半內將測試方案（PoC）移出實驗室。然而，將珊瑚放回海底也要耗費不少功夫，如何在不損害珊瑚或儀器的情況下達成這件事，仍是一大挑戰。
訓練AI聽音 為珊瑚健檢
除了透過機器人協助復育，AI也能幫助追蹤珊瑚礁的健康狀況。近年各界致力於珊瑚礁的聲景研究，然而珊瑚的聲景相當複雜，專家在分析錄音時往往十分吃力才能得知珊瑚的健康狀況。
2022年，一項發表在《生態指標》（Ecological Indicators）期刊上的研究取得了新進展，來自英國艾希特大學的科學家正在印尼海域進行名為Mars Coral Reef Restoration Project的珊瑚復育計畫，他們分別收集、記錄了數個健康與衰退珊瑚發出的聲音，並訓練AI學習辨識兩者差異，準確率高達92％，可望用來追蹤珊瑚復育計畫的進展。
英國倫敦大學學院生物多樣性與環境研究中心的博士候選人威廉（Ben Williams）表示，傳統調查中珊瑚的視覺與聽覺分析，須仰賴大量密集的勞力。此外，在水裡部署水聲儀，特別是在偏遠地區，也比實際請潛水專家實際下潛執行大規模調查，來得容易也經濟許多。
生活在珊瑚礁中的生物或魚類，可能會發出各種意義不明的聲響。使用機器學習演算法，研究團隊利用電腦篩選出人類耳朵無法監測到的聲音特徵（patterns），透過人工智慧，可以幫助分辨珊瑚整體是否健康，不僅辨識速度更快且更準確。
漂白與冷凍創新技術 幫助保育珊瑚
另一項保護珊瑚礁的新科技，是由德州農工大學研究團隊推出的「等體玻璃化（isochoric vitrification）」，挑選珊瑚碎片並冷凍保存，利用策略性的漂白技術加上液態氮，將珊瑚保存在負196°C的超低溫中，而不會被凍傷。
科學家正在測試透過「等體玻璃化（isochoric vitrification）」技術協助珊瑚保育工作。照片來源：Cryopreservation and revival of Hawaiian stony corals using isochoric vitrification論文／Nature Communications
一年當中，珊瑚的繁殖期只有短短幾日。過往也有科學家利用冷凍保存的方式，在珊瑚繁殖期間收集生殖細胞，不過除了要配合繁殖時間，難以接近珊瑚的生長位置也是挑戰之一。德州農工大學研發出的創新技術，可以不受時間、地域限制，也不用在海中艱難地維護精密裝置，讓珊瑚復育工作迎來新的進展。
科學家首先需要將珊瑚樣本「漂白」，把珊瑚身上與之共生的光合藻類移除。接著透過技術，將珊瑚以玻璃狀態放在特殊的鋁製容器內保存，並以液態氮快速冷凍，之後再緩慢加熱、並於20分鐘內注入海水，讓珊瑚恢復生機，並讓解凍後的珊瑚成功存活到24小時，這項研究目前還在初步研究階段，下一階段的挑戰是提高珊瑚長期的存活率。
參考資料
BBC（2023年9月12日），Robots are trained to help revive coral reefs
Texas A&M University（2023年9月12日），Texas A&M-Led Team Devises Technique To Preserve Coral Samples, Holding Promise To Protect Reefs
Autodesk，Coral Maker Saves The World’s Coral Reefs With Autodesk Technology
Vox（2022年9月29日），Hurricane Ian shows Florida is vulnerable to extreme storms. Coral reefs can help.
Looking Out for Hurricanes and Corals
明日科學（2023年8月31日），科學家透過「等體玻璃化」技術 漂白並冷凍珊瑚 以助保育
University of Exeter（2022年5月27日），AI learns coral reef "song"
※本文轉載自《低碳生活部落格》，內容由台達電子文教基金會及台灣環境資訊協會共同企劃。
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