Насекомые помогут оценить биоразнообразие по взмахам крыльев

Численность насекомых во всем мире стремительно падает, что имеет серьезные последствия для экосистем, и причины этого до конца не ясны. Новый метод на основе искусственного интеллекта (ИИ), разработанный в Копенгагенском университете, поможет мониторить и каталогизировать биоразнообразие насекомых — задача, которая до сих пор была сложной.

Насекомые жизненно важны как опылители растений, источник пищи для многих животных и как разлагатели мертвой органики в природе. Однако в последние десятилетия их популяции сокращаются. По оценкам, 40% видов насекомых находятся в упадке, а треть из них — под угрозой исчезновения.

Мониторинг биоразнообразия насекомых становится критически важным для понимания причин их сокращения. До сих пор эта задача была трудоемкой и требовала установки ловушек, отлова насекомых и их изучения под микроскопом.

Чтобы преодолеть эти трудности, исследователи разработали метод, который использует данные инфракрасного сенсора для распознавания взмахов крыльев отдельных насекомых. Метод ИИ основан на неконтролируемом машинном обучении — алгоритмы могут группировать насекомых, принадлежащих к одному виду, без участия человека. Это позволяет получать информацию о разнообразии видов в естественной среде без необходимости отлова и ручного подсчета.

«Наш метод значительно упрощает отслеживание динамики популяций насекомых. В последние годы произошла огромная потеря биомассы насекомых. Но пока мы не знаем точных причин их сокращения, сложно разработать правильные решения. Именно здесь наш метод может внести новый и важный вклад», — заявляет аспирант Клас Рюдхмер.

Продвинутый искусственный интеллект

Ранее исследователи уже разработали алгоритм для идентификации вредителей на сельскохозяйственных полях. Новый алгоритм адаптирован для идентификации и подсчета различных популяций насекомых в природе на основе данных с сенсора.

«Сенсор похож на камеры наблюдения за дикой природой, но вместо фото он измеряет параметры насекомых, влетевших в источник света. Алгоритм затем использует взмах крыльев насекомого, чтобы отнести его к определенной группе», — объясняет доцент Рагхавендра Селван.

Алгоритм различает насекомых по их силуэтам, когда крылья расправлены, так как именно в этот момент физические различия наиболее заметны. Он сравнивает силуэты разных записей и помещает похожие в одну группу, что позволяет определить, какое насекомое, скорее всего, пролетело через луч света.

Прототип будет выпущен весной

Весной, когда насекомые появятся в большом количестве, ученые начнут использовать первый прототип для сбора данных в реальных условиях.

До сих пор алгоритм и ИИ тестировались на большой базе изображений записей насекомых, полученных в контролируемых условиях, и на некоторых реальных данных, где результаты были многообещающими.

«Мы протестируем сенсор в разных ландшафтах, включая пустоши, леса и сельскохозяйственные угодья, чтобы увидеть, как он работает в реальном мире. А также чтобы накормить алгоритм большим количеством данных, чтобы он стал еще точнее», — говорит Рагхавендра Селван.

По словам исследователей, их изобретение позволяет более тщательно, чем когда-либо прежде, мониторить многие географические районы. При этом наблюдение за насекомыми, которые составляют 80% всех наземных видов животных, становится менее ресурсоемким.

«Сегодня невозможно позволить себе тот мониторинг, который нужен для получения точного представления о том, как обстоят дела с нашими насекомыми. Этот сенсор требует от человека только разместить его в дикой природе. После этого он начинает собирать данные о местных популяциях насекомых», — заключает Клас Рюдхмер.

Факты

• Насекомые — самая большая и разнообразная группа описанных видов животных на Земле. Они составляют около 80% всех наземных видов животных на планете.
• Впервые этот метод искусственного интеллекта, известный как Variational Auto Encoder (VAE), используется для инвентаризации биоразнообразия насекомых.
• Используя оптический сигнал от инфракрасного сенсора, алгоритм способен декодировать данные о насекомых, пролетающих через световой луч.