Nueva tecnología de rastreo revela la vida de forrajeo oculta de las hormigas del desierto

La innovadora tecnología de seguimiento que ha revelado nuevos conocimientos sobre cómo las hormigas del desierto navegan por sus complejos mundos podría inspirar a la próxima generación de robots inteligentes y eficientes.

Una colaboración de investigación internacional que involucra a la Universidad de Sheffield ha desarrollado una nueva tecnología de seguimiento que utiliza la visión por computadora, un campo de la computación que programa computadoras para interpretar y comprender imágenes y videos, para rastrear hormigas en el desierto individual a lo largo de su vida de alimentación. La herramienta documenta el viaje de una hormiga desde el momento en que deja su nido hasta que encuentra un sitio de comida y regresa a su colonia.

Su nuevo conjunto de datos reveló que las hormigas aprenden increíblemente rápido, memorizando su camino de regreso después de un solo viaje exitoso. Pero, curiosamente, sus rutas de salida han evolucionado con el tiempo, lo que indica diferentes estrategias para la exploración frente a la explotación. Los datos de alta precisión también revelaron un movimiento oscilatorio subyacente invisible para el ojo humano, lo que puede explicar cómo las hormigas generan patrones de búsqueda complejos adecuados a las condiciones actuales.

Dado que el nuevo software funciona con todo tipo de animales y utiliza videos capturados con cámaras estándar, muchos grupos de investigación internacionales ya lo han adoptado y es ideal para proyectos de ciencia ciudadana. Los datos de alta precisión recopilados son cruciales para comprender cómo el cerebro puede guiar a los animales a través de su mundo complejo, lo que podría inspirar a una nueva generación de robots bioinspirados.

La nueva tecnología y conjunto de datos, producido por el Dr. Michael Mangan, profesor de aprendizaje automático y robótica en el Departamento de Ciencias de la Computación de la Universidad con Lars Haalck y Benjamin Risse de la Universidad de Münster, Antoine Wystrach y Leo Clement del Centro de Biología Integrativa en Toulouse y Barabara Webb de la Universidad de Edimburgo se demuestran en un nuevo estudio publicado en la revista Science Advances.

El estudio describe cómo CATER (Combined Animal Tracking & Environment Reconstruction) utiliza inteligencia artificial y visión por computadora para rastrear la posición de un insecto en un video capturado con cámaras estándar. El sistema puede incluso detectar objetos diminutos que son difíciles de ver a simple vista, y es resistente al desorden, las obstrucciones y las sombras de fondo, lo que le permite operar en el hábitat natural del animal donde otros sistemas fallan.

El Dr. Michael Mangan, profesor titular de aprendizaje automático y robótica en la Universidad de Sheffield, dijo: “Capturamos estos datos en un viaje de campo de verano, pero tomó 10 años construir un sistema que pueda extraer los datos, para que pueda decir Ha sido una década en la fabricación.

“Siempre me ha fascinado cómo estos insectos pueden navegar largas distancias -hasta 1 km- en paisajes tan inhóspitos donde las temperaturas superan los 50 grados centígrados.

“Hasta ahora, las hormigas del desierto han sido rastreadas a mano con lápiz y papel, lo que implica crear una cuadrícula en el suelo con cuerdas y clavijas y monitorear su comportamiento. Otro método utilizado para sortear este problema es usar un Sistema de Posicionamiento Global Diferencial (GPS). ) – pero el equipo es caro e inexacto.

“La falta de una forma económica y robusta de capturar trayectorias precisas de insectos en el campo ha generado lagunas en nuestro conocimiento del comportamiento de las hormigas del desierto. Específicamente, cómo aprenden rutas visuales, qué tan rápido lo hacen y las estrategias que emplean. Eso podría hacer es más fácil.”

El nuevo método de seguimiento visual de CATER aborda estos desafíos mediante la captura de imágenes de alta resolución de hormigas en su entorno natural y el uso de tecnología de imágenes para identificar hormigas individuales basándose únicamente en el movimiento. A continuación, se utiliza una nueva técnica de mosaico de imágenes para reconstruir o unir el paisaje a partir de las imágenes de alta resolución. Este nuevo enfoque cierra la brecha entre los estudios de campo y de laboratorio, proporcionando información única sobre el comportamiento de búsqueda de las hormigas. Estos datos serán cruciales para revelar cómo los animales con cerebros más pequeños que la cabeza de un alfiler navegan en sus entornos complejos de manera tan eficiente.

Este conocimiento ya se está convirtiendo en productos comerciales de Opteran, una empresa derivada pionera de la Universidad de Sheffield, que aplica ingeniería inversa a los cerebros de los insectos para producir una autonomía muy robusta utilizando sensores y cálculos a bajo costo.

El Dr. Mangan dijo: “Las hormigas del desierto son la inspiración perfecta para los robots de próxima generación: navegan largas distancias, en entornos hostiles y no dependen de los rastros de feromonas como otras hormigas, o del GPS y 5G como los robots actuales.

“Esperamos que nuestra herramienta nos permita construir una imagen más completa de cómo los insectos aprenden a volar a través de sus hábitats, brindando nuevos conocimientos científicos e informando a los ingenieros sobre cómo podrían construir sistemas artificiales con capacidades similares”.