塑料垃圾對海洋的污染直接威脅到海洋生物的生存。海龜和海鳥等，為了尋找食物聚集在垃圾周圍的時候，有的以為是食物而誤食塑料垃圾，導致消化器官傷害、運動機能與繁殖率降低，乃至死亡。也有的被塑料垃圾鉤掛，難以脫身。
塑料中含有的有害化學物質也威脅著海洋生物的生存。例如聚合溴化二苯基醚等難燃剤、紫外線吸收劑等塑料添加劑在海水中溶解，或者將多氯聯苯等海洋中的有害化學物質吸附於塑料上，從而對海洋生物產生負面影響。還存在因食物鏈引起的生物濃縮的化學物質，進而對人體產生影響。
可以說，塑料垃圾對海洋的污染已經成為了全球性問題。
被衝到沙灘上的廢棄塑料產品（圖片: 聯合國環境規劃署）
對人類非常方便的塑料瓶和塑膠袋，由於亂丟棄或處理不當，有九成的塑料垃圾沒有被回收利用，而被風雨裹挾流入大海。根據2019年聯合國宣傳中心的統計，全球有1億噸的塑料垃圾被丟棄。日本環境省研報顯示，日本每年有800萬噸以上的塑料垃圾流向海洋，估計到2050年海洋中塑料垃圾的重量將超過魚的重量。據推算，這些海洋塑料垃圾的主要排放源為東亞和東南亞發展中國家。
海洋塑料垃圾問題也是聯合國「永續發展目標(SDGs)」中提到的嚴重問題。世界各國以SDGs確定的目標為基礎，以毗鄰海洋的國家和重視海洋資源的國家為中心，針對這一問題研討措施。發達國家對該問題最積極採取措施的要數歐盟，其他國家也相繼推出一系列的法規，削減塑料垃圾和海洋垃圾。
在海洋塑料垃圾裏，近年來令人擔心對地球環境造成惡劣影響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與粒子。主要分為塑料生產階段的塑料微粒和塑料製品經過紫外線照射和風雨侵蝕劣化，變成顆粒狀的兩種。這種微塑料的麻煩之處在於，由於體積微小很難回收，會隨著海流擴散到全世界的海洋。而且，由於塑料不被分解，長時間漂在海里，會對海洋生態系統造成巨大的影響。
微塑料（圖片：NEC官網）
為了回收海洋中的微塑料，科技公司開發了一系列的對應技術，譬如利用細藻類回收與去除微塑料的技術、以及利用生物資訊學與人工智慧的技術。其中日本電氣（NEC）開始利用人工智慧（AI）技術探索對海洋微塑料的追蹤調查。
要了解5毫米以下的微塑料在海洋中的擴散情況，就要分析各海域微塑料的數量、大小、種類，推斷流出源。還要預測流出路徑和目的地。該項調查存在各種障礙，特別是對外洋和深海的探查更是困難重重。NEC與日本國立研究開發法人海洋研究開發機構(JAMSTEC)一起，利用人工智慧，挑戰將這些調查的一部分簡化。
傳統的海洋微塑料調查有三個步驟：首先，使用浮游生物網捕捉在海洋表層浮游的微塑料； 然後，利用載人飽和地下水調查船「深海6500」或無人偵檢器潛入深海，通過目視和採集調查塑料的分佈狀況；最後，則是從載人飽和地下水調查船、無人偵檢器或船上使用觀測儀器和採集儀器，將芯管插入海底沈積物中，採集沉積物中含有的微塑料。
然而，關於微塑料的分析，各種各樣的課題堆積如山。最大的課題是，對微塑料的分析需要手工操作，因此需要花費大量的時間和精力。
以往的調查分析方法，需要一邊用顯微鏡觀察採集到的海水和沉積物，一邊手工將微塑料一粒一粒地撿出來。例如，為了分析沉積物樣本，需要取出沉積物中的有機物質，或者溶解碳酸鈣等。50 毫升樣本的初步處理就需要數天時間。檢測微塑料時，將微塑料分離後，用過濾器捕集，目視辨別，再用顯微鏡的軟體測量其大小。因此，隻檢測一項，每個樣本就要花費一個小時以上。
煩惱還遠不止這些。手工分析的話，能檢測到的樣品尺寸有限，而且容易產生誤判。另一個讓人頭痛的問題是，用於分析的機器非常昂貴。肉眼觀察微塑料後，要使用紅外線對其材質進行判別。一臺紅外線檢測機器非常昂貴，並非所有的研究機構都可以引進。
改用AI來處理的話，即使不使用昂貴的分析儀器，微塑料的粒子狀和繊維狀的形狀上的差異，也是可以自動識別並數據化。
NEC開發的「利用人工智慧的海洋微塑料測量系統」，就是通過搭載人工智慧技術群「NEC the WISE」的深度學習技術的圖像解析技術，高速、高精度地檢測微塑料，並進行分類。
首先，對海水和沉積物等樣品進行初步處理，用螢光色料對樣品中的微塑料染色。使用水泵將其沖走的同時，在螢光顯微鏡下拍攝影片。接著，利用NEC開發的軟體，從動畫中自動提取出每一片微塑料的圖像數據。並且，利用AI的圖像解析技術，以每分鐘60個的速度自動分類統計微塑料的尺寸類別和形狀。
當然，系統開發過程中也遇到了很多難題。最初面臨的問題是「如何將螢光顯微鏡拍攝的影片加工後交給AI」。即如何從影片中切出讓AI解析的圖像。
開發人員經過反複試驗後，在影片中設定了紅色區域。在微塑料經過那個區域的瞬間，將其切成圖像。由於螢光顯微鏡的曝露時間較長，如果在樣品中流動的微塑料運動過快，螢光粒子就會產生彗星般的尾巴，影響檢測。在研究微塑料的流速和曝光模式的同時，為了找出最合適的條件組合，該項目經過了一年的反複試驗。
解決這個問題的關鍵，意外的是「泵」。因為泵的每次脈動，微塑料會瞬間靜止。這樣，就在泵停止的地方找到了取出圖像的時機。這是系統開發成功的一個因素。
該系統2020年7月對外新聞發布，2021年5月末開發結束。現在，JAMSTEC正一邊用人工微塑料測試，一邊努力建立檢測技術。計劃將其結果寫成研究論文後，在海洋調查中實際應用。
該系統的效果目前還在驗證中，與導入前相比，微塑料從計數到檢測所需時間，從幾個小時大幅縮短到幾十分鐘的可能性已經顯現。
該技術一旦確立，可以期待的有兩個優點。一個是，只要建立邊調查觀測邊偵檢微塑料的體制，就可以在航海中檢測出微塑料濃度較高的地方，並在那個地方作詳細調查。這意味著可以迅速獲得第一手資訊。另一個是，如果該系統利用於各個相關行業，就可以從全世界的大海里收集龐大的樣品。如果把這些數據積累起來，就可以事先掌握微塑料的分佈狀況，可以決定把哪個海域作為分析對象。
在海洋調查與環境觀測方面，AI的功效也初見端倪。
供稿 / 戴維
編輯修改 / JST客觀日本編輯部
