Сенсоры для насекомых: защита урожая и здоровья

Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде разработали метод классификации различных видов насекомых с точностью до 99%. Эта разработка может помочь фермерам защитить урожаи от вредителей и ограничить распространение болезней, переносимых насекомыми, таких как малярия и лихорадка денге.

Ранее исследования в этой области за последние 60 лет ограничивались излишней зависимостью от акустических сенсоров, фокусировкой на частоте взмахов крыльев и малым объёмом данных.

Исследователи преодолели эти ограничения, создав недорогой беспроводной сенсор, который отслеживает множество паттернов лётного поведения и генерирует огромные массивы данных для алгоритмов классификации.

За три года работы десятков параллельных сенсоров 24 часа в сутки было собрано десятки миллионов точек данных — больше, чем во всех предыдущих работах в этой области вместе взятых.

"Мы начали, не зная, что возможно. Теперь проблема, по сути, решена. Мы создали инструменты классификации насекомых, которые превосходят лучших мировых энтомологов за доли времени", — заявил профессор компьютерных наук Имонн Кью.

Исследование готовится к публикации в Journal of Insect Behavior.

Как работает сенсор

Сенсор состоит из массива фототранзисторов, электронной платы и лазера, направленного на этот массив. Когда насекомое пересекает лазерный луч, его крылья частично блокируют свет, вызывая флуктуации. Эти изменения фиксируются фототранзисторами как изменения тока, сигнал фильтруется и усиливается, записывается в формате MP3 и загружается на компьютер.

Цель — сделать автоматизированный метод таким же простым и недорогим, как современные ловушки (липкие, interception), но с преимуществами цифровых технологий: высокая точность, мониторинг в реальном времени и сбор дополнительных данных о поведении.

Результаты экспериментов

В экспериментах использовалось шесть видов насекомых. Добавление новых паттернов поведения повышало точность классификации:

• Только звук взмахов крыльев: 88% успеха.
• + время суток: 95% успеха.
• + местоположение: 97% успеха.

Точность можно повысить, добавив переменные: высота полёта, температура, влажность.

В другом эксперименте проверялась точность при увеличении числа видов:

• 2 вида: 99% точности.
• 5 видов: 96%.
• 10 видов: 79%.

Практическое применение и перспективы

В отличие от дорогих и наносящих ущерб окружающей среде "ковровых" методов уничтожения вредителей, сенсор позволяет точно подсчитывать и классифицировать насекомых для точечного применения средств.

Кью, собравший первый прототип из деталей Lego, лазерной указки за 99 центов и элемента от пульта ДУ телевизора, считает, что серийные сенсоры могут стоить менее $10 и работать от солнечной батареи или аккумулятора в течение года.

В ближайший год планируется масштабное развёртывание сенсоров по всему миру. Сейчас они используются в небольших масштабах в Бразилии и на Гавайях, а также готовится их внедрение в Мали совместно с энтомологами из Национального института аллергии и инфекционных заболеваний США.