211service.com
Wizja maszynowa dekoduje tańce pszczół miodnych
Współczesne społeczeństwo jest uzależnione od bezpiecznych i niezawodnych dostaw żywności. Ta dostawa jest złożonym systemem, który sam w sobie zależy od wielu innych systemów, od praktyk rolniczych po sieci dystrybucji. Utrzymanie tych systemów wymaga wiele pracy.
Jednak w 2007 roku pojawiło się nieoczekiwane zagrożenie dla zaopatrzenia w żywność. Aż 70 procent europejskich kolonii pszczół miodnych w Ameryce Północnej nagle zmarło. Pszczoły miodne zapylają szeroką gamę jadalnych roślin, a ich śmierć może szybko i poważnie zmniejszyć produktywność żywności. Biolodzy zastanawiają się nad możliwymi przyczynami, takimi jak pestycydy zwane neonikotynoidami i choroba wywołana przez izraelski wirus ostrego paraliżu. Nie jest jednak jasne, w jaki sposób można chronić kolonie pszczół miodnych w przyszłości.
Jedno jest jednak pewne. Biolodzy potrzebują lepszych sposobów badania tych stworzeń i sposobu, w jaki zapylają rośliny w ich sąsiedztwie. Okazuje się, że pszczoły dobrze komunikują się dokładnie tam, gdzie były. Ich słynny taniec kiwania koduje kierunek i odległość źródeł pożywienia, aby inne pszczoły również mogły z nich skorzystać.
Jednym z wielkich przełomów w zachowaniu zwierząt było rozszyfrowanie tego tańca w latach dwudziestych XX wieku przez niemieckiego biologa Karla von Frischa, który za swoje wysiłki zdobył nagrodę Nobla. Ale ten proces dekodowania wymaga od człowieka pomiaru orientacji i czasu trwania tańca.
I chociaż techniki nagrywania wideo ułatwiły to zadanie, nadal jest to czasochłonne zadanie, które można wykonać tylko na małą skalę dla zaledwie kilku pszczół. Tak więc biolodzy bardzo chcieliby mieć lepszy sposób na rozszyfrowanie tańców pszczoły miodnej.
Wprowadź Tim Landgraf i kumpli z Wolnego Uniwersytetu w Berlinie w Niemczech. Ci faceci opracowali sieć neuronową, która może automatycznie dekodować taniec pszczoły miodnej. Mówią, że opracowaliśmy system zdolny do automatycznego wykrywania, dekodowania i mapowania tańców komunikacyjnych w czasie rzeczywistym. Nowa metoda może zrewolucjonizować badania żerowania pszczół miodnych.
System dekodowania tańca waggle jest w zasadzie prosty. Składa się z kamery wideo, która rejestruje ruch pszczół na plastrze miodu. Może to wyglądać jak kipiąca masa o losowym ruchu, ale jest tu spory porządek.
Same tańce waggle są bardzo uporządkowane. Pszczoła miodna rozpoczyna swój taniec machając ciałem z boku na bok z częstotliwością około 13 Hz, poruszając się do przodu w linii prostej. Po tym następuje faza powrotu, w której pszczoła wraca do punktu wyjścia. Orientacja tego tańca względem słońca koduje kierunek źródła pożywienia, podczas gdy długość tańca koduje odległość.
Dekoder waggle dance to system wizyjny, który najpierw przeszukuje obrazy wideo w celu znalezienia charakterystycznych fal 13 Hz. Po ich odkryciu sieć neuronowa izoluje pszczołę i jej taniec. Inne algorytmy następnie obliczają orientację i czas trwania tańca, a na koniec ustalają pozycję źródła pożywienia.
W testach na pszczołach wyszkolonych do odwiedzania znanego źródła pożywienia około 300 metrów od ula, Landgraf i wsp. twierdzą, że ich system dokładnie określił położenie źródła pożywienia przez ponad 90% czasu. To tak samo dobre, jak ludzcy obserwatorzy. Ale co najważniejsze, system widzenia maszynowego może działać na znacznie większych grupach pszczół w znacznie dłuższych skalach czasowych.
Landgraf i spółka twierdzą, że chcą wprowadzić pewne ulepszenia do swojego systemu, takie jak uczynienie go jeszcze dokładniejszym i bardziej przyjaznym dla użytkownika. Powinny być proste.
Poza tym nietrudno zobaczyć, jak taki system można wdrożyć na dużą skalę przy stosunkowo niskich kosztach. Umożliwi to biologom badanie zachowania pszczół o wiele bardziej szczegółowo i na znacznie większą skalę niż kiedykolwiek wcześniej. Rolnicy mogą nawet przyglądać się w czasie rzeczywistym, jak ich uprawy są zapylane, a zatem starać się pomagać, gdy sprawy nie układają się zgodnie z planem.
To może pomóc w rozwiązaniu problemów związanych z rozpadem kolonii, jak to się dzieje, i pomóc w zabezpieczeniu dostaw żywności, na których wszyscy polegamy.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1708.06590 : Automatyczne wykrywanie i dekodowanie tańców pszczół miodnych