Эта страница была автоматически переведена с английского языка. Посмотреть оригинал на английском.

Исследователи Active Inference, инженеры в области сельскохозяйственного ИИ и робототехники, а также разработчики политики в сфере продовольственных систем, изучающие принципиальные модели восприятия и принятия решений в условиях неопределенности в сельском хозяйстве.

Активная инференция и сельское хозяйство

От батарейно-ориентированных датчиков вредителей до макроскопических Марковских одеял, сельское хозяйство тестирует активное инференцию на каждом уровне фермерства.

Сельское хозяйство по своей сути связано с восприятием, действием и адаптацией в условиях неопределенности, охватывая физиологию растений, управление полями, региональные продовольственные системы и динамику климата биосферы. В этом отчете рассматривается, как активный вывод и принцип свободной энергии начали применяться в этом диапазоне, от обнаружения вредителей с помощью периферийного ИИ до теории устойчивости для жизнеспособных продовольственных систем, при этом отличая рецензируемые доказательства от более спекулятивных промышленных заявлений.

Почему домен подходит

Фермеры и сельскохозяйственные системы постоянно ассимилируют зашумленные данные, такие как влажность почвы, изображения и погода, и действуют посредством орошения, удобрения и борьбы с вредителями — модель, которую отчет напрямую описывает через вариационную минимизацию и минимизацию ожидаемой свободной энергии. Разделение ожидаемой свободной энергии на эпистемическую ценность (например, разведка вредителей, размещение датчиков) и инструментальную ценность (например, сбор урожая в предсказанное оптимальное время) естественным образом соответствует компромиссам между исследованием и эксплуатацией в сельском хозяйстве. Вложенные масштабы сельского хозяйства, от ежечасных решений по орошению до многолетней реставрации почв и десятилетней адаптации к климату, также подходят для иерархических генеративных моделей активного вывода, и отчет распространяет это на биосферные марковские одеяла, разделяющие фермы на внутренние, сенсорные и активные состояния.

Обзор литературы

Отчет выявляет широкий спектр вовлеченности в термин, от строгого подхода на основе принципа свободной энергии в теории устойчивости (статья «Устойчивость с помощью Active Inference» в Systems, 2024 и связанный preprint по управлению ресурсами) до информационно-теоретических применений в робототехнике и сенсорных сетях. Приведены примеры применения, включая фреймворк обнаружения вредителей EnhancedTinyCNN, энергетические затраты которого обусловлены циклами инференса, исследование ET0 по прогнозированию на границах для орошения и оптимизация батареи беспроводной сенсорной сети посредством активного инференса и динамических гауссовых байесовских сетей. В отчете четко указано, что эмпирических, реальных доказательств повышения производительности остается немного, и что большая часть этой литературы носит концептуальный, междоменный или терминологически расплывчатый характер.

Ключевые проекты и инструменты

Названные инструменты с открытым исходным кодом включают pymdp для создания и симуляции агентов активного вывода, а также собственные GEO-INFER (геопространственная платформа из 44 модулей, чей подпроект AlphaEarth поддерживает мониторинг землепользования для обеспечения продовольственной безопасности ФАО) и BioFirm (экологический активный вывод и экосистемные услуги) Active Inference Institute. В отчете также описывается децентрализованный проект FarmWorks для фермерских агентов и промышленные заявления от VERSES AI, применяющие агентов в стиле активного вывода к логистике цепочек поставок агропродовольственной продукции, наряду с развернутыми прототипами, такими как датчики вредителей EnhancedTinyCNN и мониторинг рисков для урожая клюквы с использованием глубокого активного вывода.

Открытые проблемы

Отчет выявляет как основную техническую нехватку спецификацию генеративных моделей и их проверку на соответствие данным из реальных полевых условий, поскольку большинство агрономических моделей являются механистическими, а не вероятностными, и доказательства поступают в основном из симуляций и небольших прототипов. Экосистемы данных фрагментированы по различным проприетарным платформам, что вызывает вопросы о собственности на данные и о том, как выбираются и кодируются приоритеты устойчивости. В отчете также отмечается необходимость интерпретируемости для доверия фермеров, социальные/этические риски внедрения нормативных предпосылок, а также потребность в рандомизированной оценке клинического уровня перед тем, как поддержка принятия решений на основе активного вывода может считаться доказанной на практике.

Опорный каркас

Карл Дж. Фристон (2010). Свободный принцип инференции: единая теория мозга? Nature Reviews Neuroscience. DOI: 10.1038/nrn2787. Максвелл Д.Рэмстед, Карл Дж. Фристон, Аксель Констант, Ланселот Да Коста, Каспер Хеспе, Берен Миллидж, Александр Цханц (2023). О байесовской механике: физика и посредством убеждений. arXiv. Джованни Пезуло, Франческо Риколи, Карл Дж. Фристон (2017). Активная инференция, гомеостатическая регуляция и адаптивное поведение. Progress in Neurobiology. DOI: 10.1016/j.pneurobio.2017.08.001. Дэниел Ари Фридман, Але́к Цханц, Максвелл Д.Рэмстед, Карл Дж. Фристон, Аксель Констант (2021). Активные инференты: фреймворк активной инференции для поведения муравьев. Frontiers in Behavioral Neuroscience. DOI: 10.3389/fnbeh.2021.647732

Ключевые поверхности

Active Inference и сельское хозяйство: краткий обзор

Датчики обнаружения вредителей на краю

Встроенные устройства для обнаружения вредителей на основе CNN, такие как EnhancedTinyCNN, выполняют тысячи итераций вычислений в день с жесткими ограничениями по энергопотреблению, что иллюстрирует энергоэффективное активное зондирование в полевых условиях.

Геопространственный мониторинг

GEO-INFER’s AlphaEarth подпроект применяет методы активного вывода для мониторинга использования земель в сельском хозяйстве в поддержку анализа продовольственной безопасности ФАО.

Устойчивое управление ресурсами

Теоретическая работа рассматривает устойчивые продовольственные системы как генеративные модели, поддерживающие жизнеспособные состояния в условиях экологических потрясений, в рамках моделей «Активного Инференции».

Связанные ресурсы

Публичные ссылки для этой страницы