Przełomowa technologia śledzenia, która ujawniła nowe informacje na temat tego, jak pustynne mrówki poruszają się po swoich złożonych światach, może zainspirować następną generację inteligentnych i wydajnych robotów.
Międzynarodowa współpraca badawcza, w tym University of Sheffield, opracowała nową technologię śledzenia, która wykorzystuje wizję komputerową – dziedzinę informatyki, która programuje komputery do interpretacji i rozumienia obrazów i filmów – do śledzenia poszczególnych pustynnych mrówek przez całe ich żerujące życie. Narzędzie dokumentuje podróż mrówki od pierwszego opuszczenia gniazda w celu znalezienia miejsca żerowania i powrotu do kolonii.
Ich nowy zestaw danych ujawnił, że mrówki uczą się zaskakująco szybko – zapamiętując trasę powrotną do domu już po jednym udanym locie. Co ciekawe, ich zewnętrzne ścieżki ewoluowały w czasie, co sugeruje różne strategie eksploracji i eksploatacji. Dane o wysokiej rozdzielczości ujawniły również podstawowy ruch oscylacyjny niewidoczny dla ludzkiego oka, co może wyjaśniać, w jaki sposób mrówki generują złożone wzorce żerowania odpowiednie do obecnych warunków.
Ponieważ nowe oprogramowanie działa na różnych gatunkach zwierząt i wykorzystuje filmy zarejestrowane standardowymi kamerami, zostało już zatwierdzone przez kilka międzynarodowych grup badawczych i idealnie nadaje się do obywatelskich projektów naukowych. Zebrane dane w wysokiej rozdzielczości mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia, w jaki sposób mózgi mogą prowadzić zwierzęta przez ich złożony świat, co może zainspirować nową generację robotów inspirowanych biologią.
Nowa technologia i zestaw danych – które zostały opracowane przez dr Michaela Mangana, starszego wykładowcę uczenia maszynowego i robotyki na Wydziale Informatyki Uniwersytetu, wraz z Larsem Hulkiem i Benjaminem Riessem z Uniwersytetu w Münster oraz Antoine Westrach i Leo Clementem z Centrum ds. Biologii Integracyjnej w Tuluzie i Barbary Webb z Uniwersytetu w Edynburgu – ilustruje nowe badanie opublikowane w czasopiśmie Science Advances.
Badanie opisuje, w jaki sposób firma CATER (Joint Animal Tracking and Ecological Reconstruction) wykorzystuje sztuczną inteligencję i wizję komputerową do śledzenia lokalizacji owadów na wideo zarejestrowanym za pomocą gotowych kamer. System może wykrywać nawet małe obiekty, które trudno dostrzec gołym okiem, i jest odporny na bałagan w tle, przeszkody i cienie, co pozwala mu pracować w naturalnym środowisku zwierząt, w którym inne systemy zawodzą.
Dr Michael Mangan, starszy wykładowca uczenia maszynowego i robotyki na Uniwersytecie w Sheffield, powiedział: „Zebraliśmy te dane podczas letniej wycieczki terenowej, ale zbudowanie systemu zdolnego do eksploracji danych zajęło 10 lat, więc aby móc powiedzieć przygotowywano się przez dekadę”.
„Zawsze fascynowało mnie, jak te owady mogą pokonywać tak duże odległości – nawet do kilometra – w tak nieprzyjaznym krajobrazie, w którym temperatura przekracza 50°C.
„Do tej pory mrówki pustynne były śledzone ręcznie za pomocą długopisu i papieru, co polegało na stworzeniu sieci na ziemi za pomocą sznurków i kołków oraz obserwowaniu ich zachowania w sieci. Innym sposobem na obejście tego problemu jest użycie różnicowego GPS – ale sprzęt jest drogi i tani.Precyzja.
„Brak niedrogiej, solidnej metody rejestrowania dokładnych śladów owadów w terenie pozostawił luki w naszej wiedzy o zachowaniu mrówek pustynnych. W szczególności o tym, jak uczą się tras wizualnych, jak szybko to robią i jakie strategie stosują” może uprościć zadanie”.
Nowa metoda śledzenia wizualnego firmy CATER odpowiada na te wyzwania, rejestrując migawki mrówek w wysokiej rozdzielczości w ich naturalnym środowisku i wykorzystując technologię obrazowania do identyfikacji poszczególnych mrówek na podstawie samego ruchu. Nowa technika mozaiki obrazów jest następnie wykorzystywana do rekonstrukcji lub złożenia krajobrazu z obrazów o wysokiej rozdzielczości. To nowe podejście wypełnia lukę między badaniami terenowymi i laboratoryjnymi, zapewniając unikalny wgląd w zachowania nawigacyjne mrówek. Takie dane będą miały kluczowe znaczenie dla ujawnienia, w jaki sposób zwierzęta o mózgach mniejszych niż główka szpilki tak skutecznie poruszają się w złożonym środowisku.
Pomysły te są już przekształcane w produkty komercyjne dzięki pionierskiemu Opteran na Uniwersytecie w Sheffield, który polega na inżynierii wstecznej mózgów owadów w celu uzyskania niezwykle silnej autonomii za pomocą czujników i tanich obliczeń.
Dr Mangan powiedział: „Mrówki pustynne są idealną inspiracją dla następnej generacji robotów – poruszają się na duże odległości, w trudnych warunkach i nie polegają na śladach feromonowych, jak inne mrówki, ani GPS i 5G, jak obecne roboty.
„Mamy nadzieję, że nasze narzędzie pozwoli nam zbudować pełniejszy obraz tego, jak owady uczą się eksperymentować ze swoimi siedliskami, dostarczając nowej wiedzy naukowej i informując inżynierów, jak budować sztuczne systemy o podobnych możliwościach”.
„Analityk. Nieuleczalny nerd z bekonu. Przedsiębiorca. Oddany pisarz. Wielokrotnie nagradzany alkoholowy ninja. Subtelnie czarujący czytelnik.”
