За последние 60 лет исследования классификации насекомых были ограничены такими факторами, как чрезмерное использование акустических датчиков, большое внимание к частоте взмахов крыльев и ограниченность данных.Исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде преодолели эти ограничения, создав недорогой беспроводной датчик ошибок, который может отслеживать многие модели поведения в полете насекомых и генерировать гораздо большие объемы данных, которые затем могут быть включены в алгоритмы классификации.
Примерно за три года, благодаря тому, что десятки датчиков работают параллельно 24 часа в сутки, исследователи UC Riverside собрали десятки миллионов точек данных — больше, чем все предыдущие работы в этой области вместе взятые.«Мы начали, не зная, что возможно», — сказал Имонн Кио, профессор информатики в инженерном колледже Борнса Калифорнийского университета в Риверсайде. «Теперь проблема, по сути, решена.
Мы создали инструменты классификации насекомых, которые могут превзойти лучших энтомологов мира в кратчайшие сроки».Результаты исследования рассматриваются для публикации в следующем выпуске Journal of Insect Behavior. Соавторами Кеога являются: Янпин Чен, аспирант по информатике в Калифорнийском университете в Риверсайде (ведущий автор); Адена Уай, аспирантка-энтомолог в Калифорнийском университете в Риверсайде; Густаво Батиста из Университета Сан-Паулу в Бразилии; и Агенор Мафра-Нето из ISCA Technologies в Риверсайде.
Наполненная столами, стульями и компьютерами лаборатория Кеога в Калифорнийском университете Инженерного колледжа Риверсайд Борнс похожа на многие лаборатории компьютерных наук.Но откройте дверь туалета, и вы увидите пару десятков пластиковых контейнеров размером с обувную коробку из местного зоомагазина, каждый из которых заполнен до 100 насекомыми и подключен к оптическому датчику.
Датчик состоит из матрицы фототранзисторов, которая подключена к электронной плате, и лазера, направленного на матрицу фототранзисторов.Когда насекомое проходит через лазерный луч, его крылья частично блокируют свет, вызывая небольшое колебание света.
Колебания улавливаются матрицей фототранзисторов как изменения тока, затем сигнал фильтруется и усиливается специальной электронной платой. Выходные данные электронной доски поступают в цифровой диктофон, записываются в формате MP3 и загружаются в компьютер.
Цель состоит в том, чтобы сделать этот метод автоматической классификации таким же простым, недорогим и повсеместным, как современные методы, такие как липкие ловушки и ловушки перехвата, но с цифровыми преимуществами, такими как более высокая точность, мониторинг в реальном времени и возможность сбора дополнительных моделей поведения в полете.В своих экспериментах исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде работали с шестью видами насекомых. Добавив в свой алгоритм классификации дополнительные модели поведения в полете насекомых, они смогли повысить свой успех в классификации различных видов.
Например, используя только звуки взмахов крыльев, они имели 88% успеха. Когда они добавили время суток, показатель успеха подскочил до 95 процентов. Затем, после добавления местоположения, процент успеха увеличился до 97 процентов.Исследователи считают, что вероятность успеха можно еще больше повысить, добавив дополнительные переменные, такие как высота, на которой летают насекомые, и переменные окружающей среды, такие как температура и влажность.
В отдельном эксперименте исследователи проверили точность классификации, добавив все большее количество видов. С двумя видами они имели точность 99%. Этот процент медленно снижался по мере добавления новых видов.
Например, для пяти видов у них была 96-процентная точность, а для 10 видов — 79 процентов.Сотни лет люди пытались убить нежелательных насекомых. Несмотря на то, что некоторые методы одеяла оказались успешными, они могут быть дорогостоящими и создавать экологические проблемы.
Сенсор, разработанный исследователями из Калифорнийского университета в Риверсайде, призван изменить это путем подсчета и классификации насекомых, чтобы вещество, используемое для уничтожения вредных насекомых, можно было применять на точном целевом уровне.Кеог, который первоначально разработал датчик с помощью Legos, лазерной указки для магазина за 99 центов и части телевизионного пульта дистанционного управления, считает, что датчики могут быть построены менее чем за 10 долларов и питаться от солнечной энергии или батареи, которая работает около год.В следующем году Кио, который вырос в Ирландии и работал рисованием карусельных лошадей, посещая колледж в Соединенных Штатах, планирует сосредоточиться на развертывании датчиков по всему миру.
В настоящее время они используются в небольших масштабах в Бразилии и на Гавайях.Кио работает с Тови Леманн, энтомологом из Лаборатории исследований малярии и переносчиков болезней Национального института аллергии и инфекционных заболеваний в Роквилле, штат Мэриленд, чтобы разместить их в Мали.Резюме к отчету можно найти в Интернете по адресу: http://arxiv.org/abs/1403.2654