Построен радар для поиска пчел и шмелей

Фото из открытых источников

Европейским исследователям удалось создать систему, определяющую разновидности летящих насекомых-опылителей при помощи радиоволн миллиметрового диапазона и машинного обучения. Они проанализировали взмахи крыльев, что позволило с точностью до 85 процентов вычленять пчел, ос и шмелей друг от друга. Новинка не только поможет отслеживать биоразнообразие непрерывно, но и использовать для этого стандартные вышки сотовой связи.

Традиционный экологический мониторинг нуждается в отлове насекомых и ручном определении видов под микроскопом, это занимает время и вредит популяциям. Оптические камеры и алгоритмы компьютерного зрения плохо функционируют в дикой природе, где многие факторы им мешают: листва, проблемы освещения и высокая скорость полета насекомых.

Нынешние метеорадары отслеживают огромные стаи саранчи высоко в небе, но не способны точечно распознавать небольших насекомых вблизи земли.

Для решения проблемы инженеры из Ирландии и Дании собрали миниатюрный радар непрерывного излучения (30 гигагерц). В лабораторных условиях они по очереди размещали в пластиковые контейнеры живых ос, медоносных пчел и три вида шмелей. При взлёте насекомых, радар облучал его радиоволнами и регистрировал отраженный сигнал. Результаты своих изысканий специалисты опубликовали в журнале PNAS Nexus.

На основе радиоэха от летающих насекомых биологам удалось выделить 70 биомеханических характеристик полета: это базовая частота взмахов, распределение энергии по частотным диапазонам и ряд других параметров. Потом информацию загрузили в иерархическую модель машинного обучения. Алгоритм был научен различать для начала семейства (осиные или пчелиные), потом роды (пчелы или шмели), а в итоге — отдельные виды.

На уровне крупных семейств нейросеть показала способность отличать ос от пчел с точностью в 96 процентов. По конкретным близкородственным видам точность достигала 85 процентов, и это на основании анализа всего двух секунд полета. Даже если насекомое было в луче радара лишь десятую долю секунды, модель различала вид в 75 процентах случаев.

Радиоволны миллиметрового диапазона регистрируют видовую механику полета насекомых вне зависимости от времени суток, окраса или тумана. Подобные датчики положены в основу связи 5G и 6G, и в будущем данный алгоритм поможет превратить вышки сотовой связи и роутеры в мировую распределенную сеть для постоянного экологического контроля.