Ανάπτυξη ευφυών προτύπων και αντίστοιχων πληροφοριακών συστημάτων, εμπνευσμένων από βιολογικά αντίστοιχα, με στόχο την αξιολόγηση περιβαλλοντικών προβλημάτων και κινδύνων

Οι διαταραχές στη γήινη βιόσφαιρα και στο φυσικό περιβάλλον οι οποίες προέρχονται από την αλόγιστη ανθρώπινη δραστηριότητα, έχουν δημιουργήσει σοβαρά περιβαλλοντικά προβλήματα, τα οποία ισοδυναμούν με μία εκτεταμένη και παρατεταμένη οικολογική κρίση.Η κλιματική αλλαγή η οποία αποτυπώνεται ευδιάκριτα, στην αύξηση της παγκόσμιας μέσης θερμοκρασίας του αέρα και των ωκεανών, στην εκτεταμένη τήξη του χιονιού και του πάγου και στην άνοδο του παγκόσμιου μέσου επιπέδου της θάλασσας, αποτελεί την πρόσθετη πίεση στα οικοσυστήματα, οδηγώντας σε εξαιρετικά επικίνδυνες καταστάσεις, με αρνητικές επιπτώσεις στην ανθρώπινη υγεία αλλά και την γεωργία, τη δασοκομία, την παραγωγή ενέργειας, τον τουρισμό και τις υποδομές γενικότερα. Μια από τις σοβαρότερες δυνητικές επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής εντοπίζεται στην σύνθετη αλληλεπίδραση των ειδών σε σχέση με τους κλιματικούς παράγοντες επιβίωσης τους και ιδιαίτερα στην εξάπλωση χωροκατακτητικών ειδών, τα οποία συνιστούν μια σοβαρότατη και ταχέως επιδεινούμενη απειλή για τη φυσική βιοποικιλότητα του γηγενούς περιβάλλοντος, αλλά και γενικότερα της χλωρίδας, της πανίδας, ακόμα και του ανθρώπινου πληθυσμού ενός τόπου.Κρίσιμο στάδιο για την υιοθέτηση και εφαρμογή συγκεκριμένης πολιτικής για την αντιμετώπιση, την εξάλειψη, τον έλεγχο ή και τη συγκράτηση των ειδών αυτών, αποτελεί η διαδικασία αναγνώρισης τους, με δεδομένο το ότι τα είδη αυτά είναι συνήθως άγνωστα στο νέο περιβάλλον εγκατάστασης τους και είναι εξαιρετικά δύσκολη, πολύπλοκη και επικίνδυνη η διαδικασία αναγνώρισης και ασφαλούς ταυτοποίησης τους, καθώς ούτε οι μεγάλες διαφορές στη μορφολογία, αλλά ούτε και οι σημαντικές ομοιότητες, αντανακλούν τη συγγένεια ή όχι των βιολογικών οργανισμών. Ακόμη σοβαρότατη, κρίνεται η ανάγκη εμπεριστατωμένης και απόλυτα έγκυρης ταυτοποίησης των εν λόγω ειδών, στις περιπτώσεις σχεδιασμού προγραμμάτων αντιμετώπισης τους, καθώς η διαδικασία αναγνώρισης εξαρτάται από ένα πλήθος απαιτούμενων πληροφοριών και την διαρκή παρακολούθηση της υφιστάμενης κατάστασης. Αναγνωρίζοντας λοιπόν την κλιματική αλλαγή ως την γενεσιουργό αιτία σημαντικότατων περιβαλλοντικών προβλημάτων, τέθηκε ως στόχος της παρούσας Διδακτορικής διατριβής, η αναζήτηση ευφυών μεθόδων ανάλυσης φαινομένων που ενισχύουν τις μεταβολές του κλίματος (όπως η ρύπανση της ατμόσφαιρας) και κυρίως μεθόδων που μπορούν να προβλέψουν ή να μοντελοποιήσουν τις δυνητικές επιπτώσεις της κλιματική αλλαγής όπως: Η αύξηση της συχνότητας εμφάνισης ακραίων καιρικών φαινομένων, οι εκτεταμένες δασικές πυρκαγιές και η διασπορά χωροκατακτητικών ειδών. Συγκεκριμένα στα πλαίσια της διατριβής προτείνεται η ανάπτυξη ενός Υβριδικού Πρότυπου και Πληροφοριακού Συστήματος Υπολογιστικής Νοημοσύνης, το οποίο βασίζεται αποκλειστικά σε καινοτόμες μεθόδους Βιολογικά Εμπνευσμένης Υπολογιστικής Νοημοσύνης. Το σύστημα αυτό, μελετά την ποιότητα της ατμόσφαιρας και μπορεί να προβλέψει την έκταση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, η οποία αποτελεί καταλύτη και δραστικότατο παράγοντα στην μεγιστοποίηση των συνεπειών της κλιματικής αλλαγής. Επίσης, μπορεί να πραγματοποιήσει έγκαιρη και έγκυρη πρόβλεψη για την εμφάνιση ακραίων καιρικών φαινομένων, τα οποία συνδέονται με την ανθρωπογενή αλλαγή του κλίματος και ιδιαιτέρως, με την συνεχή αύξηση της μέσης θερμοκρασίας, λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου και την αντίστοιχη μείωση της κατανομής των βροχοπτώσεων, ως άμεση συνέπεια της υπερθέρμανσης του πλανήτη. Επιπρόσθετα, το σύστημα αυτό μπορεί να πραγματοποιήσει ανάλυση των παραγόντων που ουσιαστικά επιδρούν στην εκδήλωση δασικών πυρκαγιών , των οποίων η αύξηση της συχνότητας και της έντασης ευνοείται από τις συνθήκες ξηρασίας, τις παρατεταμένες περιόδους υψηλών θερμοκρασιών και τα ακραία καιρικά φαινόμενα, δηλαδή από τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής. Επίσης το σύστημα αυτό μπορεί να πραγματοποιήσει μελέτη των χωροχρονικών συνθηκών ευόδωσης της εμφάνισης επιβλαβών χωροκατακτητικών ειδών, σε σχέση με τους κλιματικούς παράγοντες επιβίωσης τους και με τις γενικότερες επιπτώσεις της αλλαγής του κλίματος στη δομή των ενδιαιτημάτων και στην οικολογική λειτουργία τους. Κατά συνέπεια μπορεί να αναλύσει τις αλλαγές που παρατηρούνται στους πληθυσμούς των ειδών, τις αλλαγές του τρόπου εξάπλωσης τους και να εντοπίσει μια σειρά από φαινολογικές και οικολογικές αλλαγές που εντοπίζονται στο ευρύτερο φυσικό περιβάλλον διαβίωσης και αναπαραγωγής τους. Τέλος, μια ακόμα πολύ σημαντική όσο και καινοτόμος διαδικασία αυτοματοποιημένης αναγνώρισης χωροκατακτητικών ειδών με διαδικασίες φαινοτυπικής αναγνώριση ή αναγνώρισης μετά από ανάλυση του DNA του εξεταζόμενου είδους, επιτυγχάνεται από το προτεινόμενο σύστημα. Συγκεκριμένα, η φαινοτυπική αναγνώριση επιτυγχάνεται μέσω Μηχανικής Όρασης και μέσω Μηχανικής Ακοής, ενώ όσον αφορά στην αναγνώριση μέσω ανάλυσης DNA, αυτό υλοποιείται με την αναγνώριση του γενετικού υλικού ραβδοκώδικα (DNA barcoding) κάθε είδους και μέσω ενός καινοτόμου συστήματος ταυτοποίησης βάσει ανάλυσης περιβαλλοντικού DNA (Metagenomics).Για την απόδειξη της εγκυρότητας και αξιοπιστίας των χρησιμοποιούμενων μεθόδων, πραγματοποιήθηκαν εξειδικευμένες μελέτες περιπτώσεων, σε ιδιαίτερα επίπονα σενάρια πρόβλεψης και λήψης απόφασης, αποδίδοντας εξαιρετικά υψηλής ακρίβειας αποτελέσματα, γεγονός που ενισχύει την άποψη για υιοθέτηση και ευρεία χρήση ψηφιακών πληροφοριακών συστημάτων Βιολογικά Εμπνευσμένης Υπολογιστικής Νοημοσύνης, στην αντιμετώπιση των σύγχρονων περιβαλλοντικών προβλημάτων.