„Machine Vision“ atkoduoja bičių bangavimo šokius

Šiuolaikinė visuomenė priklauso nuo saugaus ir patikimo maisto tiekimo. Šis tiekimas yra sudėtinga sistema, kuri pati priklauso nuo daugybės kitų sistemų – nuo ​​ūkininkavimo praktikos iki platinimo tinklų. Daug darbo reikia, kad šios sistemos būtų tvirtos.

Tačiau 2007 m. iškilo netikėta grėsmė maisto tiekimui. Iki 70 procentų Europos bičių kolonijų Šiaurės Amerikoje staiga mirė. Bitės apdulkina daugybę valgomų augalų, o jų nykimas gali greitai ir smarkiai sumažinti maisto produktyvumą. Biologai glumino galimas priežastis, tokias kaip pesticidai, vadinami neonikotinoidais, ir liga, kurią sukelia Izraelio ūmaus paralyžiaus virusas. Tačiau tiksliai neaišku, kaip ateityje bus galima apsaugoti naminių bičių kolonijas.

Tačiau vienas dalykas yra tikras. Biologams reikia geresnių būdų, kaip ištirti šias būtybes ir tai, kaip jie apdulkina savo kaimynystėje esančius augalus. Pasirodo, bitės puikiai bendrauja ten, kur buvo. Jų garsusis bangavimo šokis užkoduoja maisto šaltinių kryptį ir atstumą, kad kitos bitės taip pat galėtų pasinaudoti šiais šaltiniais.

Vienas didžiausių laimėjimų gyvūnų elgsenoje buvo šio šokio dekodavimas praėjusio amžiaus 2 dešimtmetyje, kurį atliko vokiečių biologas Karlas von Frischas, už savo pastangas gavęs Nobelio premiją. Tačiau šis dekodavimo procesas reikalauja, kad žmogus pamatuotų šokio orientaciją ir trukmę.

Ir nors vaizdo įrašymo būdai tai palengvino, tai vis tiek yra daug laiko reikalaujanti užduotis, kurią galima atlikti tik nedideliu mastu, tik kelioms bitėms. Taigi biologai labai norėtų, kad būtų geresnis būdas iššifruoti bičių lakstymo šokius.

Įstokite į Timą Landgrafą ir draugus į Laisvąjį Berlyno universitetą Vokietijoje. Šie vaikinai sukūrė neuroninį tinklą, kuris gali automatiškai iššifruoti bičių bangavimo šokius. Jie sako, kad sukūrėme sistemą, galinčią automatiškai aptikti, iššifruoti ir atvaizduoti bendravimo šokius realiuoju laiku. Naujasis metodas gali pakeisti bičių mitybos tyrimą.

Waggle dance dekodavimo sistema iš esmės paprasta. Jį sudaro vaizdo kamera, kuri fiksuoja bičių judėjimą ant korio. Tai gali atrodyti kaip šniokščianti atsitiktinio judėjimo masė, tačiau čia yra nemaža tvarka.

Patys waggle šokiai yra labai užsakyti. Bitė pradeda savo šokį judindama kūną iš vienos pusės į kitą maždaug 13 Hz dažniu ir judama pirmyn tiesia linija. Po to seka grįžimo fazė, kurios metu bitė grįžta į savo pradinį tašką. Šio šokio orientacija saulės atžvilgiu koduoja maisto šaltinio kryptį, o šokio ilgis koduoja atstumą.

„Waggle dance“ dekoderis yra mašininio matymo sistema, kuri pirmiausia vaizdo įrašuose ieško būdingų 13 Hz bangų. Kai jie randami, neuroninis tinklas izoliuoja bitę ir jos šokį. Tada kiti algoritmai apskaičiuoja šokio orientaciją ir trukmę ir galiausiai nustato maisto šaltinio padėtį.

Atlikdami bandymus su bitėmis, išmokytomis aplankyti žinomą maisto šaltinį maždaug 300 metrų nuo avilio, Landgraf ir kiti teigia, kad jų sistema daugiau nei 90 procentų laiko tiksliai nustatė maisto šaltinio vietą. Tai taip pat gerai, kaip ir žmonių stebėtojai. Tačiau labai svarbu, kad mašininio vaizdo sistema gali dirbti su daug didesnėmis bičių grupėmis per daug ilgesnį laiką.

Landgraf ir bendradarbiai teigia norintys šiek tiek patobulinti savo sistemą, pavyzdžiui, padaryti ją dar tikslesnę ir patogesnę vartotojui. Tai turėtų būti nesudėtinga.

Be to, nesunku suprasti, kaip tokią sistemą būtų galima diegti dideliu mastu už palyginti mažą kainą. Tai leis biologams tirti bičių elgesį daug išsamiau ir daug didesniu mastu nei bet kada anksčiau. Ūkininkams netgi gali būti įmanoma realiu laiku stebėti, kaip apdulkinami jų pasėliai, ir dėti pastangas padėti, kai viskas neplanuojama.

Tai galėtų padėti išspręsti kolonijų žlugimo sutrikimo problemas ir padėti apsaugoti maisto atsargas, kuriomis mes visi pasitikime.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1708.06590 : Automatinis bičių bangavimo šokių aptikimas ir dekodavimas

paslėpti