Machine Vision atšifrē medus bišu luncināšanas dejas

Mūsdienu sabiedrība ir atkarīga no drošas un uzticamas pārtikas piegādes. Šī piegāde ir sarežģīta sistēma, kas pati par sevi ir atkarīga no daudzām citām sistēmām, sākot no lauksaimniecības prakses līdz izplatīšanas tīkliem. Daudz jāstrādā, lai šīs sistēmas būtu izturīgas.

Taču 2007. gadā parādījās negaidīti draudi pārtikas piegādei. Līdz 70 procentiem Eiropas medus bišu saimju Ziemeļamerikā pēkšņi nomira. Medus bites apputeksnē plašu ēdamo augu klāstu, un to bojāeja var ātri un nopietni samazināt pārtikas produktivitāti. Biologi ir neizpratnē par iespējamiem cēloņiem, piemēram, pesticīdiem, ko sauc par neonikotinoīdiem, un slimību, ko izraisa Izraēlas akūtas paralīzes vīruss. Bet nav skaidrs, kā medus bišu kolonijas var aizsargāt nākotnē.

Tomēr viena lieta ir droša. Biologiem ir vajadzīgi labāki veidi, kā izpētīt šīs radības un to, kā viņi apputeksnē augus savā apkārtnē. Izrādās, ka bites labi spēj sazināties tieši tur, kur ir bijušas. Viņu slavenā luncināšanas deja iekodē barības avotu virzienu un attālumu, lai arī citas bites varētu izmantot šos avotus.

Viens no lielākajiem sasniegumiem dzīvnieku uzvedībā bija šīs dejas atšifrēšana 20. gadsimta 20. gados, ko veica vācu biologs Karls fon Frišs, kurš par saviem pūliņiem saņēma Nobela prēmiju. Bet šim dekodēšanas procesam cilvēkam ir jāizmēra dejas orientācija un ilgums.

Un, lai gan video ierakstīšanas metodes to ir padarījušas vienkāršāku, tas joprojām ir laikietilpīgs uzdevums, ko var veikt tikai nelielā mērogā tikai dažām bitēm. Tāpēc biologiem ļoti patiktu, ja viņiem būtu labāks veids, kā atšifrēt medus bišu vicināšanas dejas.

Ienāc Tims Landgrafs un viņa draugi Berlīnes Brīvajā universitātē Vācijā. Šie puiši ir izstrādājuši neironu tīklu, kas var automātiski atšifrēt medus bišu vicināšanas dejas. Mēs esam izstrādājuši sistēmu, kas spēj automātiski noteikt, atšifrēt un kartēt komunikācijas dejas reāllaikā, viņi saka. Jaunā metode var radīt revolūciju medus bišu barības meklējumos.

Waggle dance dekodēšanas sistēma principā ir vienkārša. Tas sastāv no videokameras, kas fiksē bišu kustību uz šūnām. Tas var izskatīties pēc nejaušas kustības kūstoša masas, taču šeit ir ievērojama kārtība.

Pašas vicināšanas dejas ir ļoti pasūtītas. Medus bite sāk savu deju, kustinot ķermeni no vienas puses uz otru ar ātrumu aptuveni 13 Hz, vienlaikus virzoties uz priekšu taisnā līnijā. Tam seko atgriešanās fāze, kurā bite riņķo atpakaļ uz sākuma punktu. Šīs dejas orientācija attiecībā pret sauli kodē barības avota virzienu, savukārt dejas garums kodē attālumu.

Līgošanas deju dekodētājs ir mašīnredzes sistēma, kas vispirms video attēlos meklē raksturīgos 13 Hz viļņus. Kad tie ir atrasti, neironu tīkls izolē biti un tās deju. Pēc tam citi algoritmi aprēķina dejas orientāciju un ilgumu un visbeidzot nosaka pārtikas avota pozīciju.

Testos ar bitēm, kas apmācītas apmeklēt zināmu barības avotu aptuveni 300 metru attālumā no stropa, Landgraf un citi apgalvo, ka viņu sistēma vairāk nekā 90 procentus laika precīzi identificēja barības avota atrašanās vietu. Tas ir tikpat labi kā cilvēku novērotāji. Taču ļoti svarīgi ir, ka mašīnas vizuālā sistēma var strādāt ar daudz lielākām bišu grupām daudz ilgākā laika posmā.

Landgraf un citi apgalvo, ka vēlas veikt dažus uzlabojumus savā sistēmā, piemēram, padarīt to vēl precīzāku un lietotājam draudzīgāku. Tiem jābūt vienkāršiem.

Turklāt nav grūti saprast, kā šādu sistēmu varētu izvietot plašā mērogā ar salīdzinoši zemām izmaksām. Tas ļaus biologiem daudz detalizētāk un daudz plašākā mērogā izpētīt bišu uzvedību nekā jebkad agrāk. Lauksaimniekiem pat var būt iespējams reāllaikā vērot, kā viņu ražas tiek apputeksnētas, un tādējādi pielikt pūles, lai palīdzētu, ja lietas nav plānotas.

Tas varētu palīdzēt risināt koloniju sabrukšanas traucējumu problēmas, kā tas notiek, un palīdzēt nodrošināt pārtikas krājumus, uz kuriem mēs visi paļaujamies.

Atsauce: arxiv.org/abs/1708.06590 : automātiska medus bišu luncināšanas deju noteikšana un atkodēšana

paslēpties