AI, 스트레스와 고통을 겪는 동물의 얼굴 스캔에서 인간을 능가, 동물 복지 개선의 가능성 키워

인공지능이 동물의 표정을 해석하는 능력을 향상시키며, 복지 모니터링에 새로운 도구를 제공하고 있습니다. 인공지능 시스템은 스트레스, 고통, 그리고 다양한 종의 다른 감정 상태를 감지할 수 있습니다. 이는 초기에 Science에서 보도한 바와 같이 관리 수준을 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

영국 서부 대학교(UWE)와 스코틀랜드 농업대학(SRUC)의 연구자들이 개발한 Intellipig라는 시스템이 바로 그 예입니다. 현재 이 시스템은 영국의 농장에서 테스트 중입니다.

카메라는 매일 아침 돼지들이 먹이를 먹으러 이동하는 모습을 캡처합니다. 1초 미만의 시간 안에 인공지능은 각각의 돼지를 식별하고 그들의 표정을 분석하여 고통이나 불편함의 징후를 찾아냅니다. 그리고 필요한 경우 농부에게 개입이 필요하다고 알립니다.

UWE의 기계 시각 엔지니어인 멜빈 스미스는 “이러한 도구들은 동물의 건강, 복지, 보호에 더 높은 우선순위를 둘 수 있는 새로운 시대를 열 수 있다”라고 Science에서 보도하였습니다.

이 시스테ム은 패턴 인식을 가능하게 하는 AI 기술인 딥 러닝에 의존합니다. 이 시스템은 돼지를 식별하는 데 97%의 정확도를 달성하였으며, 단독으로 얼굴 특징을 통해 스트레스를 감지하는 데 효과적입니다.

논문에서는 AI 훈련이 “랜드마킹”으로 시작한다고 설명합니다. 이 과정에서 연구자들은 수천 개의 이미지에서 눈 또는 콧구멍의 가장자리와 같은 주요 얼굴 포인트를 표시합니다. 이러한 포인트들은 얼굴 지도를 형성하며, AI는 일부가 가려진 얼굴에서도 이를 인식하는 방법을 배웁니다.

AI는 랜드마크 간의 거리를 분석하여 표정을 파악합니다. 예를 들어, 고통을 느낄 때 고양이는 주둥이를 넓히며 입술 사이의 거리를 넓혀요. 이러한 변화를 고정된 고통의 척도와 비교하면, AI는 높은 정확도로 고통을 감지할 수 있습니다.

2023년에는 하이파 대학의 컴퓨터 과학자인 애나 자만스키와 그녀의 팀이 고양이의 고통을 77% 정확도로 감지하는데 성공하였습니다. 마찬가지로, 케임브리지 대학의 피터 로빈슨은 AI 도구를 개발하여 양떼 중에서 발부종이나 젖샘염을 앓고 있는 양을 식별하였습니다.

그러나, Science는 AI 애플리케이션이 고품질의 훈련 데이터가 부족함을 포함한 여러 제한들에 직면하고 있다고 지적합니다. “인터넷에는 강아지와 고양이, 양의 사진들이 그다지 많지 않고,”라며 Robinson은 특히 감정의 표현이 명확한 사진들이 부족하다고 말했습니다. AI는 또한 무관한 특징에 초점을 맞추는 것으로 인해 표정을 잘못 해석할 수도 있습니다.

AI의 “블랙 박스” 성격에 대한 우려를 해결하기 위해, Zamansky의 팀은 GradCAM과 같은 도구를 사용하여 AI가 어떤 얼굴 부위를 우선시하는지 시각화합니다. 그들의 연구 결과, Science에서 언급했듯이, 모든 종에 걸쳐 눈 부분이 가장 정보를 많이 제공한다는 것을 보여줍니다.

연구자들은 이제 AI가 행복, 불만, 두려움 등과 같은 더욱 미묘한 감정을 해석하도록 밀어붙이고 있습니다. 라이온 대학의 진화 심리학자인 브리타니 플로르키위츠는 과거에 사이언스에도 보고된 바와 같이, 고양이의 276가지 구별되는 표정을 정리하였습니다.

그녀는 자만스키 팀과 협업하여 이러한 표정들을 AI를 사용하여 분석하고 있으며, 이를 통해 고양이들 사이에서 종종 유대감이나 장난스러움을 의미하는 미묘한 모방을 드러내고 있습니다.

잠란스키의 팀은 AI가 “행복한”과 “짜증난” 개와 말을 구별하도록 훈련시켰습니다. 한 실험에서 AI는 개의 감정 상태를 89%의 확률로 정확하게 식별했습니다. 실망과 같은 좀 더 복잡한 감정에 대한 성공률은 낮지만, 여전히 우연보다 성능이 좋습니다.

플로르키에비치가 사이언스에 보도한 바에 따르면, 연구소와 애완동물 보호소는 동물의 고통과 감정 상태를 추적하는 AI를 활용할 수 있다고 합니다. 한편, “스마트 팜”으로 불리는 장소들 – 예를 들어, 영국 시골에서 테스트 중인 곳들 – 은 지속적인 모니터링을 통해 동물들에게 개인화된 관리를 제공하려고 합니다.

결국, 스미스는 사이언스에게 AI 시스템이 농부들이 돼지들이 스트레스 없이 살 수 있을 뿐 아니라 행복까지 느낄 수 있도록 도와줄 수 있다고 설명했습니다.