塑料垃圾对海洋的污染直接威胁到海洋生物的生存。海龟和海鸟等，为了寻找食物聚集在垃圾周围的时候，有的以为是食物而误食塑料垃圾，导致消化器官损伤、运动机能与繁殖率降低，乃至死亡。也有的被塑料垃圾钩挂，难以脱身。
塑料中含有的有害化学物质也威胁着海洋生物的生存。例如聚合溴化二苯醚等难燃剤、紫外线吸收剂等塑料添加剂在海水中溶解，或者将多氯联苯等海洋中的有害化学物质吸附于塑料上，从而对海洋生物产生负面影响。还存在因食物链引起的生物浓缩的化学物质，进而对人体产生影响。
可以说，塑料垃圾对海洋的污染已经成为了全球性问题。
被冲到沙滩上的废弃塑料产品（图片: 联合国环境规划署）
对人类非常方便的塑料瓶和塑料袋，由于乱丢弃或处理不当，有九成的塑料垃圾没有被回收利用，而被风雨裹挟流入大海。根据2019年联合国宣传中心的统计，全球有1亿吨的塑料垃圾被丢弃。日本环境省研报显示，日本每年有800万吨以上的塑料垃圾流向海洋，估计到2050年海洋中塑料垃圾的重量将超过鱼的重量。据推算，这些海洋塑料垃圾的主要排放源为东亚和东南亚发展中国家。
海洋塑料垃圾问题也是联合国“可持续发展目标(SDGs)”中提到的严重问题。世界各国以SDGs确定的目标为基础，以毗邻海洋的国家和重视海洋资源的国家为中心，针对这一问题研讨措施。发达国家对该问题最积极采取措施的要数欧盟，其他国家也相继推出一系列的法规，削减塑料垃圾和海洋垃圾。
在海洋塑料垃圾里，近年来令人担心对地球环境造成恶劣影响的是微塑料的迅速增加。微塑料是指5毫米以下的微小塑料碎片与粒子。主要分为塑料生产阶段的塑料微粒和塑料制品经过紫外线照射和风雨侵蚀劣化，变成颗粒状的两种。这种微塑料的麻烦之处在于，由于体积微小很难回收，会随着海流扩散到全世界的海洋。而且，由于塑料不被分解，长时间漂在海里，会对海洋生态系统造成巨大的影响。
微塑料（图片：NEC官网）
为了回收海洋中的微塑料，科技公司开发了一系列的对应技术，譬如利用细藻类回收与去除微塑料的技术、以及利用生物信息学与人工智能的技术。其中日本电气（NEC）开始利用人工智能（AI）技术探索对海洋微塑料的追踪调查。
要了解5毫米以下的微塑料在海洋中的扩散情况，就要分析各海域微塑料的数量、大小、种类，推断流出源。还要预测流出路径和目的地。该项调查存在各种障碍，特别是对外洋和深海的探查更是困难重重。NEC与日本国立研究开发法人海洋研究开发机构(JAMSTEC)一起，利用人工智能，挑战将这些调查的一部分简化。
传统的海洋微塑料调查有三个步骤：首先，使用浮游生物网捕捉在海洋表层浮游的微塑料； 然后，利用载人潜水调查船“深海6500”或无人探测器潜入深海，通过目视和采集调查塑料的分布状况；最后，则是从载人潜水调查船、无人探测器或船上使用观测仪器和采集仪器，将芯管插入海底沉积物中，采集沉积物中含有的微塑料。
然而，关于微塑料的分析，各种各样的课题堆积如山。最大的课题是，对微塑料的分析需要手工操作，因此需要花费大量的时间和精力。
以往的调查分析方法，需要一边用显微镜观察采集到的海水和沉积物，一边手工将微塑料一粒一粒地捡出来。例如，为了分析沉积物样本，需要取出沉积物中的有机物，或者溶解碳酸钙等。50 毫升样本的预处理就需要数天时间。检测微塑料时，将微塑料分离后，用过滤器捕集，目视辨别，再用显微镜的软件测量其大小。因此，只检测一项，每个样本就要花费一个小时以上。
烦恼还远不止这些。手工分析的话，能检测到的样品尺寸有限，而且容易产生误判。另一个让人头痛的问题是，用于分析的机器非常昂贵。肉眼观察微塑料后，要使用红外线对其材质进行判别。一台红外线检测机器非常昂贵，并非所有的研究机构都可以引进。
改用AI来处理的话，即使不使用昂贵的分析仪器，微塑料的粒子状和繊维状的形状上的差异，也是可以自动识别并数据化。
NEC开发的“利用人工智能的海洋微塑料测量系统”，就是通过搭载人工智能技术群“NEC the WISE”的深度学习技术的图像解析技术，高速、高精度地检测微塑料，并进行分类。
首先，对海水和沉积物等样品进行预处理，用荧光色素对样品中的微塑料染色。使用水泵将其冲走的同时，在荧光显微镜下拍摄视频。接着，利用NEC开发的软件，从动画中自动提取出每一片微塑料的图像数据。并且，利用AI的图像解析技术，以每分钟60个的速度自动分类统计微塑料的尺寸类别和形状。
当然，系统开发过程中也遇到了很多难题。最初面临的问题是“如何将荧光显微镜拍摄的视频加工后交给AI”。即如何从视频中切出让AI解析的图像。
开发人员经过反复试验后，在视频中设定了红色区域。在微塑料经过那个区域的瞬间，将其切成图像。由于荧光显微镜的曝光时间较长，如果在样品中流动的微塑料运动过快，荧光粒子就会产生彗星般的尾巴，影响检测。在研究微塑料的流速和曝光模式的同时，为了找出最合适的条件组合，该项目经过了一年的反复试验。
解决这个问题的关键，意外的是“泵”。因为泵的每次脉动，微塑料会瞬间静止。这样，就在泵停止的地方找到了取出图像的时机。这是系统开发成功的一个因素。
该系统2020年7月对外新闻发布，2021年5月末开发结束。现在，JAMSTEC正一边用人工微塑料测试，一边努力建立检测技术。计划将其结果写成研究论文后，在海洋调查中实际应用。
该系统的效果目前还在验证中，与导入前相比，微塑料从计数到检测所需时间，从几个小时大幅缩短到几十分钟的可能性已经显现。
该技术一旦确立，可以期待的有两个优点。一个是，只要建立边调查观测边检出微塑料的体制，就可以在航海中检测出微塑料浓度较高的地方，并在那个地方作详细调查。这意味着可以迅速获得第一手信息。另一个是，如果该系统利用于各个相关行业，就可以从全世界的大海里收集庞大的样品。如果把这些数据积累起来，就可以事先掌握微塑料的分布状况，可以决定把哪个海域作为分析对象。
在海洋调查与环境监测方面，AI的功效也初见端倪。
供稿 / 戴维
编辑修改 / JST客观日本编辑部
