211service.com
Machine Vision dekoder honningbien waggle-danser
Det moderne samfunnet er avhengig av en trygg og pålitelig matforsyning. Denne forsyningen er et komplekst system som i seg selv er avhengig av en lang rekke andre systemer, fra oppdrettspraksis til distribusjonsnettverk. Mye arbeid går med å holde disse systemene robuste.
Men i 2007 dukket det opp en uventet trussel mot matforsyningen. Opptil 70 prosent av de europeiske honningbikoloniene i Nord-Amerika døde plutselig. Honningbier bestøver et bredt spekter av spiselige planter, og deres bortgang kan raskt og alvorlig redusere matproduktiviteten. Biologer har undret seg over mulige årsaker, for eksempel plantevernmidler kalt neonikotinoider og en sykdom utløst av det israelske akutte lammelsesviruset. Men nøyaktig hvordan honningbikolonier kan beskyttes i fremtiden er ikke klart.
En ting er imidlertid sikkert. Biologer trenger bedre måter å studere disse skapningene og måten de pollinerer planter i nabolaget deres på. Det viser seg at bier er flinke til å kommunisere nøyaktig hvor de har vært. Deres berømte waggle-dans koder for retningen og avstanden til matkildene slik at andre bier også kan dra nytte av disse kildene.
Et av de store gjennombruddene innen dyreadferd var avkodingen av denne dansen på 1920-tallet av den tyske biologen Karl von Frisch, som vant en Nobelpris for sin innsats. Men denne avkodingsprosessen krever at et menneske måler orienteringen og varigheten av dansen.
Og selv om videoopptaksteknikker har gjort dette enklere, er det fortsatt en tidkrevende oppgave som bare kan gjøres i liten skala for bare noen få bier. Så biologer ville elsket å ha en bedre måte å avkode honningbienes svingdanser.
Gå inn Tim Landgraf og venner ved Free University of Berlin i Tyskland. Disse karene har utviklet et nevralt nettverk som automatisk kan avkode honningbienes svingdanser. Vi har utviklet et system som er i stand til automatisk å oppdage, dekode og kartlegge kommunikasjonsdanser i sanntid, sier de. Den nye metoden har potensialet til å revolusjonere studiet av honningbier.
Waggle dance-dekodingssystemet er i prinsippet enkelt. Den består av et videokamera som registrerer bienes bevegelser på en honningkake. Dette kan se ut som en sydende masse av tilfeldig bevegelse, men det er betydelig rekkefølge her.
Selve logrende dansene er høyt beordret. En honningbi begynner dansen med å vifte med kroppen fra side til side med en hastighet på omtrent 13 Hz mens den beveger seg fremover i en rett linje. Dette etterfølges av en returfase der bien sirkler tilbake til utgangspunktet. Orienteringen av denne dansen i forhold til solen koder retningen til matkilden mens lengden på dansen koder for avstanden.
Waggle dance-dekoderen er et maskinsynssystem som først søker i videobildene etter de karakteristiske 13 Hz wagglene. Når disse er funnet, isolerer et nevralt nettverk bien og dens dans. Andre algoritmer beregner deretter dansens orientering og varighet og beregner til slutt posisjonen til matkilden.
I tester på bier som er opplært til å besøke en kjent matkilde rundt 300 meter fra en bikube, sier Landgraf og co at systemet deres nøyaktig identifiserte posisjonen til matkilden over 90 prosent av tiden. Det er like bra som menneskelige observatører. Men det er avgjørende at maskinsynssystemet kan fungere på mye større grupper av bier over mye lengre tidsskalaer.
Landgraf og co sier de ønsker å gjøre noen forbedringer i systemet sitt, som å gjøre det enda mer nøyaktig og gjøre det mer brukervennlig. Disse bør være enkle.
Utover det er det ikke vanskelig å se hvordan et slikt system kan distribueres i stor skala til relativt lave kostnader. Det vil tillate biologer å studere bienes oppførsel i mye mer detalj og i mye større skala enn noen gang før. Det kan til og med være mulig for bønder å se i sanntid når avlingene deres blir pollinert, og derfor gjøre en innsats for å hjelpe når ting ikke kommer til å planlegge.
Det kan bidra til å takle problemene med kolonikollapsforstyrrelser når det skjer og bidra til å sikre matforsyningen vi alle er avhengige av.
Ref: arxiv.org/abs/1708.06590 : Automatisk gjenkjenning og dekoding av honningbi-waggle-danser