211service.com
Machine Vision avkodar honungsbiet Waggle Dances
Det moderna samhället är beroende av en säker och pålitlig livsmedelsförsörjning. Detta utbud är ett komplext system som i sig är beroende av en lång rad andra system, från jordbruksmetoder till distributionsnätverk. Mycket arbete går åt för att hålla dessa system robusta.
Men 2007 uppstod ett oväntat hot mot livsmedelsförsörjningen. Upp till 70 procent av de europeiska honungsbikolonierna i Nordamerika dog plötsligt. Honungsbin pollinerar ett brett utbud av ätbara växter, och deras bortgång kan snabbt och allvarligt minska livsmedelsproduktiviteten. Biologer har undrat över möjliga orsaker, såsom bekämpningsmedel som kallas neonikotinoider och en sjukdom som utlösts av det israeliska akuta förlamningsviruset. Men exakt hur honungsbikolonier kan skyddas i framtiden är inte klart.
En sak är dock säker. Biologer behöver bättre sätt att studera dessa varelser och hur de pollinerar växter i deras närområde. Det visar sig att bin är bra på att kommunicera exakt var de har varit. Deras berömda vippdans kodar matkällornas riktning och avstånd så att andra bin också kan dra nytta av dessa källor.
Ett av de stora genombrotten inom djurens beteende var avkodningen av denna dans på 1920-talet av den tyske biologen Karl von Frisch, som fick Nobelpris för sina insatser. Men denna avkodningsprocess kräver att en människa mäter dansens orientering och varaktighet.
Och även om videoinspelningstekniker har gjort detta enklare, är det fortfarande en tidskrävande uppgift som bara kan utföras i liten skala för bara ett fåtal bin. Så biologer skulle verkligen älska att ha ett bättre sätt att avkoda honungsbins viftande danser.
Ange Tim Landgraf och kompisar vid Free University of Berlin i Tyskland. Dessa killar har utvecklat ett neuralt nätverk som automatiskt kan avkoda honungsbins viftande danser. Vi har utvecklat ett system som kan automatiskt upptäcka, avkoda och kartlägga kommunikationsdanser i realtid, säger de. Den nya metoden har potentialen att revolutionera studiet av honungsbins födosök.
Waggle dance-avkodningssystemet är i princip enkelt. Den består av en videokamera som registrerar binas rörelser på en bikaka. Detta kan se ut som en sjudande massa av slumpmässiga rörelser, men det finns en stor ordning här.
Själva vickdanserna är högst beställda. Ett honungsbi börjar sin dans genom att vifta med kroppen från sida till sida med en hastighet av cirka 13 Hz medan det rör sig framåt i en rak linje. Detta följs av en återgångsfas där biet cirklar tillbaka till sin startpunkt. Orienteringen av denna dans i förhållande till solen kodar riktningen för matkällan medan dansens längd kodar avståndet.
Waggle dance-avkodaren är ett maskinseendesystem som först söker igenom videobilderna efter de karakteristiska 13 Hz vippningarna. När dessa väl har hittats isolerar ett neuralt nätverk biet och dess dans. Andra algoritmer beräknar sedan dansens orientering och varaktighet och beräknar slutligen matkällans position.
I tester på bin som tränats för att besöka en känd matkälla cirka 300 meter från en bikupa, säger Landgraf och co att deras system exakt identifierade födokällans position över 90 procent av tiden. Det är lika bra som mänskliga observatörer. Men av avgörande betydelse kan maskinvisonsystemet fungera på mycket större grupper av bin över mycket längre tidsskalor.
Landgraf och co säger att de vill göra några förbättringar av sitt system, som att göra det ännu mer exakt och göra det mer användarvänligt. Dessa bör vara enkla.
Utöver det är det inte svårt att se hur ett sådant system skulle kunna distribueras i stor skala till relativt låg kostnad. Det kommer att göra det möjligt för biologer att studera bins beteende i mycket mer detalj och i mycket större skala än någonsin tidigare. Det kan till och med vara möjligt för bönder att se i realtid när deras grödor pollineras och därför anstränga sig för att hjälpa till när saker och ting inte kommer att planeras.
Det skulle kunna hjälpa till att ta itu med problemen med kolonikollapsstörningar när det händer och hjälpa till att skydda de livsmedelsförsörjningar vi alla är beroende av.
Ref: arxiv.org/abs/1708.06590 : Automatisk detektering och avkodning av honungsbee Waggle Dances