Machine Vision décode les danses des abeilles

La société moderne dépend d'un approvisionnement alimentaire sûr et fiable. Cet approvisionnement est un système complexe qui dépend lui-même d'un large éventail d'autres systèmes, des pratiques agricoles aux réseaux de distribution. Beaucoup de travail est nécessaire pour maintenir la robustesse de ces systèmes.

Mais en 2007, une menace inattendue pour l'approvisionnement alimentaire est apparue. Jusqu'à 70 % des colonies d'abeilles européennes en Amérique du Nord sont soudainement mortes. Les abeilles pollinisent un large éventail de plantes comestibles et leur disparition pourrait réduire rapidement et considérablement la productivité alimentaire. Les biologistes se sont interrogés sur les causes possibles, telles que les pesticides appelés néonicotinoïdes et une maladie déclenchée par le virus israélien de la paralysie aiguë. Mais exactement comment les colonies d'abeilles peuvent être protégées à l'avenir n'est pas claire.

Une chose est certaine cependant. Les biologistes ont besoin de meilleures façons d'étudier ces créatures et la façon dont elles pollinisent les plantes de leur voisinage. Il s'avère que les abeilles sont douées pour communiquer exactement où elles sont allées. Leur célèbre danse frétillante encode la direction et la distance des sources de nourriture afin que d'autres abeilles puissent également profiter de ces sources.

L'une des grandes percées dans le comportement animal a été le décodage de cette danse dans les années 1920 par le biologiste allemand Karl von Frisch, qui a remporté un prix Nobel pour ses efforts. Mais ce processus de décodage nécessite un humain pour mesurer l'orientation et la durée de la danse.

Et bien que les techniques d'enregistrement vidéo aient facilité cette tâche, il s'agit toujours d'une tâche chronophage qui ne peut être effectuée qu'à petite échelle pour quelques abeilles seulement. Les biologistes aimeraient donc beaucoup avoir une meilleure façon de décoder les danses frétillantes des abeilles.

Entrez Tim Landgraf et ses amis de l'Université libre de Berlin en Allemagne. Ces gars ont développé un réseau de neurones qui peut décoder automatiquement les danses frétillantes des abeilles. Nous avons développé un système capable de détecter, décoder et cartographier automatiquement les danses de communication en temps réel, disent-ils. La nouvelle méthode a le potentiel de révolutionner l'étude du butinage des abeilles.

Le système de décodage de la danse waggle est simple dans son principe. Il se compose d'une caméra vidéo qui enregistre le mouvement des abeilles sur un nid d'abeilles. Cela peut ressembler à une masse bouillonnante de mouvement aléatoire, mais il y a un ordre considérable ici.

Les danses waggle elles-mêmes sont très ordonnées. Une abeille commence sa danse en remuant son corps d'un côté à l'autre à une fréquence d'environ 13 Hz tout en avançant en ligne droite. Ceci est suivi d'une phase de retour dans laquelle l'abeille revient à son point de départ. L'orientation de cette danse par rapport au soleil code la direction de la source de nourriture tandis que la longueur de la danse code la distance.

Le décodeur de danse waggle est un système de vision artificielle qui recherche d'abord les images vidéo pour les waggles caractéristiques de 13 Hz. Une fois ceux-ci trouvés, un réseau de neurones isole l'abeille et sa danse. D'autres algorithmes calculent ensuite l'orientation et la durée de la danse et enfin déterminent la position de la source de nourriture.

Lors de tests sur des abeilles entraînées à visiter une source de nourriture connue à environ 300 mètres d'une ruche, Landgraf et co affirment que leur système a identifié avec précision la position de la source de nourriture plus de 90 % du temps. C'est aussi bon que les observateurs humains. Mais surtout, le système de vision artificielle peut fonctionner sur des groupes d'abeilles beaucoup plus grands sur des échelles de temps beaucoup plus longues.

Landgraf et co disent qu'ils veulent apporter quelques améliorations à leur système, comme le rendre encore plus précis et le rendre plus convivial. Celles-ci doivent être simples.

Au-delà de cela, il n'est pas difficile de voir comment un tel système pourrait être déployé à grande échelle à un coût relativement faible. Cela permettra aux biologistes d'étudier le comportement des abeilles de manière beaucoup plus détaillée et à des échelles beaucoup plus grandes que jamais auparavant. Il peut même être possible pour les agriculteurs de surveiller en temps réel la pollinisation de leurs cultures et de faire ainsi des efforts pour aider lorsque les choses ne se déroulent pas comme prévu.

Cela pourrait aider à résoudre les problèmes d'effondrement des colonies au fur et à mesure qu'ils se produisent et aider à protéger les approvisionnements alimentaires sur lesquels nous comptons tous.

Réf : arxiv.org/abs/1708.06590 : Détection automatique et décodage des danses Waggle des abeilles

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