Las animaciones basadas en datos de mamíferos marinos combinan biología, arte y computación

En su primer año como estudiante de posgrado en ecología y biología evolutiva en UC Santa Cruz, Jessica Kendall-Bar comenzó a trabajar como artista independiente y comenzó a pensar en cómo integrar su arte y ciencia de manera más intencional. Cuatro años más tarde, su trabajo en animaciones para ayudar a los científicos a comunicar sus hallazgos ha llevado al desarrollo de un poderoso conjunto de herramientas y procedimientos para generar animaciones realistas del comportamiento animal basadas en datos.

En un artículo presentado en la Conferencia de Visualización IEEE de este año (24 al 29 de octubre), Kendall-Bar mostró cómo estas animaciones no solo ayudan a los científicos a transmitir sus hallazgos a otros científicos y al público, sino que también pueden ayudarlos a dar sentido a sus datos.

«Al animar un modelo tridimensional con datos, podemos mostrar simultáneamente varios flujos de datos diferentes. Esto hace que sea más fácil y rápido reconocer patrones importantes en los datos», dijo.

Durante décadas, los investigadores de mamíferos marinos han estado utilizando etiquetas cada vez más sofisticadas para rastrear animales y registrar sus movimientos y comportamiento de buceo, capturar videos e incluso registrar datos fisiológicos como la frecuencia cardíaca. La investigación de tesis de Kendall-Bar explora nuevas técnicas para monitorear el sueño en mamíferos marinos salvajes.

En 2019, se ofreció a hacer una animación para un investigador cuya presentación sobre el comportamiento de alimentación de las ballenas jorobadas había visto en una conferencia científica. «Tenía un video espectacular de tres ballenas alimentándose cooperativamente en el fondo del mar, pero era realmente difícil ver lo que estaban haciendo», recordó. «La charla generó una gran cantidad de interés en la conferencia, con cientos de personas entrecerrando los ojos y estirando el cuello para descifrar lo que estaba sucediendo en el video».

La animación que produjo para el investigador de ballenas, el científico de la NOAA David Wiley en el Santuario Marino Nacional Stellwagen Bank, no solo muestra el comportamiento de alimentación de las jorobadas con mayor claridad que el video, sino que también incluye un banco simulado de peces presa con un comportamiento científicamente exacto, y muestra cómo la tecnología sin cuerdas para trampas para langostas puede reducir el riesgo de enredos de ballenas.

Los proyectos posteriores se han vuelto cada vez más sofisticados en el uso de animaciones basadas en datos. Trabajando con Roxanne Beltran, profesora asistente de ecología y biología evolutiva en UCSC, Kendall-Bar desarrolló una animación que muestra cómo los patrones de actividad en las hembras de elefante marino cambiaron en el transcurso de su viaje de búsqueda de alimento de siete meses (ver ‘paisajes luminosos del miedo’).

«Mientras redactamos nuestro manuscrito, las habilidades artísticas de Jessie nos ayudaron a ver nuestro conjunto de datos desde una perspectiva completamente nueva», dijo Beltrán, y señaló que la animación ayudó a impulsar el artículo al ojo público, con más de 100.000 visitas en Twitter. «En la era de los grandes datos, necesitamos un mayor cruce entre el arte y la ciencia. El arte puede informar a la ciencia y la ciencia puede informar al arte».

Otro video de elefante marino fue desarrollado con Gitte McDonald en Moss Landing Marine Laboratories y Daniel Costa, director del Instituto de Ciencias Marinas en UCSC. Esta animación 3D visualiza el comportamiento de natación y la frecuencia cardíaca de una foca mientras se sumerge, lo que demuestra la respuesta de miedo provocada por el sonido de una orca, un importante depredador de elefantes marinos.

La cuarta animación descrita en el artículo se basa en la investigación sobre narvales dirigida por Terrie Williams, profesora de ecología y biología evolutiva en UCSC. Muestra el comportamiento de natación y la frecuencia cardíaca de un narval después de liberarse de un enredo en la red en el este de Groenlandia y destaca la respuesta de miedo paradójica del narval que involucra una frecuencia cardíaca muy baja durante los golpes rápidos de natación (ver «Los monitores cardíacos en narvales salvajes revelan respuestas alarmantes al estrés» ).

«En estos cuatro proyectos, integramos los datos en animaciones narradas diseñadas para llegar a audiencias particulares, incluidos otros científicos, así como para educar al público o los formuladores de políticas y las personas que podrían ayudar a lograr un resultado de conservación», dijo Kendall-Bar.

Además de los investigadores de mamíferos marinos, las colaboraciones también involucraron a Angus Forbes, profesor asociado de medios computacionales en la Escuela de Ingeniería de Baskin, quien tiene experiencia en visualización de datos.

«Las animaciones basadas en datos de Jessica comunican eficazmente los resultados científicos y brindan información sobre los muchos pasos necesarios para lograr esos resultados», dijo Forbes. «Su investigación sobre nuevas formas de comunicación visual beneficia a los científicos que trabajan en proyectos interdisciplinarios y ayuda a aumentar la participación del público en general».

Kendall-Bar ha creado un centro de aprendizaje en línea que ofrece un repositorio de código de fuente abierta y tutoriales y talleres paso a paso para científicos interesados ​​en el uso de diseño gráfico, animación y otras herramientas de comunicación visual. También ha ayudado a impartir talleres y cursos sobre visualización de datos en UC Santa Cruz, trabajando con OpenLab Network y profesores en el Departamento de Arte y el Departamento de Medios Computacionales.

«La industria del cine ha creado herramientas poderosas para la animación, y deberíamos aprovechar esas herramientas para la ciencia», dijo. «Estas animaciones reúnen a biólogos, artistas e informáticos para colaboraciones interdisciplinarias que hacen avanzar cada campo. Creo que deberíamos trabajar juntos con más frecuencia».