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Visión artificial decodifica bailes de meneo de abejas
La sociedad moderna depende de un suministro de alimentos seguro y fiable. Este suministro es un sistema complejo que en sí mismo depende de una amplia gama de otros sistemas, desde prácticas agrícolas hasta redes de distribución. Se necesita mucho trabajo para mantener la solidez de estos sistemas.
Pero en 2007 surgió una amenaza inesperada para el suministro de alimentos. Hasta el 70 por ciento de las colonias de abejas europeas en América del Norte murieron repentinamente. Las abejas polinizan una amplia gama de plantas comestibles, y su desaparición podría reducir rápida y gravemente la productividad de los alimentos. Los biólogos se han preguntado sobre las posibles causas, como los pesticidas llamados neonicotinoides y una enfermedad provocada por el virus de la parálisis aguda israelí. Pero no está claro exactamente cómo se pueden proteger las colonias de abejas en el futuro.
Una cosa es cierta, sin embargo. Los biólogos necesitan mejores formas de estudiar estas criaturas y la forma en que polinizan las plantas en su vecindario. Resulta que las abejas son buenas para comunicar exactamente dónde han estado. Su famoso baile de meneo codifica la dirección y la distancia de las fuentes de alimento para que otras abejas también puedan aprovechar estas fuentes.
Uno de los grandes avances en el comportamiento animal fue la decodificación de esta danza en la década de 1920 por parte del biólogo alemán Karl von Frisch, quien ganó un premio Nobel por sus esfuerzos. Pero este proceso de decodificación requiere que un ser humano mida la orientación y la duración del baile.
Y si bien las técnicas de grabación en video han facilitado esto, sigue siendo una tarea que requiere mucho tiempo y que solo se puede realizar a pequeña escala para unas pocas abejas. Así que a los biólogos les encantaría tener una mejor manera de decodificar los bailes de meneo de las abejas.
Introduzca Tim Landgraf y amigos en la Universidad Libre de Berlín en Alemania. Estos muchachos han desarrollado una red neuronal que puede decodificar automáticamente los bailes de meneo de las abejas. Hemos desarrollado un sistema capaz de detectar, decodificar y mapear automáticamente los bailes de comunicación en tiempo real, dicen. El nuevo método tiene el potencial de revolucionar el estudio de la alimentación de las abejas.
El sistema de decodificación de la danza waggle es simple en principio. Consiste en una cámara de video que registra el movimiento de las abejas en un panal. Esto puede parecer una masa hirviente de movimiento aleatorio, pero aquí hay un orden considerable.
Los bailes de meneo en sí mismos están muy ordenados. Una abeja melífera comienza su danza moviendo su cuerpo de un lado a otro a una frecuencia de aproximadamente 13 Hz mientras avanza en línea recta. A esto le sigue una fase de retorno en la que la abeja vuelve en círculos a su punto de partida. La orientación de esta danza en relación con el sol codifica la dirección de la fuente de alimento, mientras que la duración de la danza codifica la distancia.
El decodificador de danza ondulante es un sistema de visión artificial que primero busca en las imágenes de video las ondulaciones características de 13 Hz. Una vez que se han encontrado, una red neuronal aísla a la abeja y su baile. Luego, otros algoritmos calculan la orientación y la duración del baile y finalmente calculan la posición de la fuente de alimento.
En pruebas con abejas entrenadas para visitar una fuente de alimento conocida a unos 300 metros de una colmena, Landgraf y compañía dicen que su sistema identificó con precisión la posición de la fuente de alimento durante el 90 por ciento del tiempo. Eso es tan bueno como los observadores humanos. Pero, de manera crucial, el sistema de visión artificial puede funcionar en grupos mucho más grandes de abejas durante escalas de tiempo mucho más largas.
Landgraf y compañía dicen que quieren hacer algunas mejoras en su sistema, como hacerlo aún más preciso y más fácil de usar. Estos deben ser sencillos.
Más allá de eso, no es difícil ver cómo se podría implementar un sistema de este tipo a gran escala a un costo relativamente bajo. Eso permitirá a los biólogos estudiar el comportamiento de las abejas con mucho más detalle y en escalas mucho más grandes que nunca. Incluso puede ser factible que los agricultores observen en tiempo real cómo se polinizan sus cultivos y, por lo tanto, hagan esfuerzos para ayudar cuando las cosas no van a planearse.
Eso podría ayudar a abordar los problemas del trastorno del colapso de colonias a medida que ocurre y ayudar a salvaguardar los suministros de alimentos de los que todos dependemos.
Ref: arxiv.org/abs/1708.06590 : Detección automática y decodificación de bailes de meneo de abejas