A tecnologia de rastreamento inovadora que revelou novos insights sobre como as formigas do deserto navegam em seus mundos complexos pode inspirar a próxima geração de robôs inteligentes e eficientes.
– A nova tecnologia de rastreamento de baixo custo da ‘década em construção’ revela uma velocidade notável na qual as formigas do deserto memorizam as viagens de volta para casa
– Formigas do deserto rastreadas anteriormente usando caneta e papel ou GPS, deixando lacunas no conhecimento sobre o comportamento
– O software funciona em todos os tipos de animais e seu baixo custo significa que pode ser usado por cientistas cidadãos
– A imagem mais completa que ele constrói pode inspirar a próxima geração de robôs bioinspirados
Uma colaboração internacional de pesquisa envolvendo a Universidade de Sheffield desenvolveu uma nova tecnologia de rastreamento usando visão computacional – um campo da ciência da computação que programa computadores para interpretar e entender imagens e vídeos – para rastrear formigas desertas individuais durante toda a sua vida de forrageamento. A ferramenta documenta a jornada de uma formiga desde o primeiro momento em que ela sai do formigueiro até encontrar um local de alimentação e retornar à sua colônia.
Seu novo conjunto de dados revelou que as formigas aprendem incrivelmente rápido – memorizando seus caminhos de volta para casa após apenas uma viagem bem-sucedida. Mas, curiosamente, suas rotas externas evoluíram ao longo do tempo, indicando diferentes estratégias de exploração versus exploração. Os dados de alta precisão também revelaram um movimento oscilatório subjacente que é invisível ao olho humano, o que pode explicar como as formigas geram padrões de busca complexos adequados às condições atuais.
Como o novo software funciona em todos os tipos de animais e usa vídeo capturado com câmeras padrão, ele já está sendo adotado por vários grupos de pesquisa internacionais e é ideal para projetos de ciência cidadã. Os dados de alta precisão coletados são cruciais para entender como os cérebros podem guiar os animais em seu mundo complexo, o que pode inspirar uma nova geração de robôs bioinspirados.
A nova tecnologia e conjunto de dados – produzidos pelo Dr. Michael Mangan, professor sênior de machine learning e robótica no Departamento de Ciência da Computação da Universidade com Lars Haalck e Benjamin Risse da Universidade de Münster, Antoine Wystrach e Leo Clement do Centro de Integração Biologia de Toulouse e Barabara Webb da Universidade de Edimburgo – é demonstrado em um novo estudo publicado na revista Science Advances.
O estudo descreve como o CATER (Combined Animal Tracking & Environment Reconstruction) usa inteligência artificial e visão computacional para rastrear a posição de um inseto em vídeo capturado com câmeras comuns. O sistema pode até detectar pequenos objetos difíceis de ver a olho nu. É robusto contra ruídos de fundo, obstruções e sombras, permitindo que funcione no habitat natural do animal onde outros sistemas falham.
O Dr. Michael Mangan, professor sênior de machine learning e robótica na Universidade de Sheffield, disse: “Capturamos esses dados durante uma viagem de campo no verão, mas levamos 10 anos para construir um sistema capaz de extrair os dados, para que você pudesse dizer que foi uma década em construção.
“Sempre fui fascinado pela forma como esses insetos podem percorrer longas distâncias – até 1 km – em paisagens tão inóspitas, onde as temperaturas ultrapassam os 50 graus Celsius.
“Até agora, as formigas do deserto eram rastreadas manualmente com caneta e papel, o que envolve criar uma grade no chão com barbante e estacas e monitorar seu comportamento dentro da grade. Outro método usado para contornar isso é usar um Sistema de Posicionamento Global Diferencial (GPS) – mas o equipamento é caro e de baixa precisão.
“A falta de uma maneira robusta e de baixo custo para capturar caminhos precisos de insetos no campo levou a lacunas em nosso conhecimento sobre o comportamento das formigas do deserto. Especificamente sobre como eles aprendem as rotas visuais, com que rapidez o fazem e como as estratégias que empregam podem simplificar a tarefa.”
O novo método de rastreamento visual da CATER aborda esses desafios capturando imagens de alta resolução de formigas em seu ambiente natural e usando tecnologia de imagem para identificar formigas individuais com base apenas no movimento. Uma nova técnica de mosaico de imagens é então usada para reconstruir ou unir a paisagem a partir das imagens de alta resolução. Esta nova abordagem preenche a lacuna entre os estudos de campo e de laboratório, fornecendo informações únicas sobre o comportamento de navegação das formigas. Esses dados serão cruciais para revelar como os animais com cérebro menor que a cabeça de um alfinete navegam em seus ambientes complexos com tanta eficiência.
Essas percepções já estão sendo transformadas em produtos comerciais pela empresa pioneira da Universidade de Sheffield, a Opteran, que faz engenharia reversa de cérebros de insetos para produzir autonomia altamente robusta usando sensores e computação de baixo custo.
Mangan disse: “As formigas do deserto são a inspiração ideal para os robôs da próxima geração – elas navegam por longas distâncias, em ambientes hostis e não dependem de trilhas de feromônio como outras formigas, ou GPS e 5G como os robôs atuais.
“Esperamos que nossa ferramenta nos permita construir uma imagem mais completa de como os insetos aprendem a pilotar através de seus habitats, trazendo novos conhecimentos científicos e informando os engenheiros sobre como eles poderiam construir sistemas artificiais com capacidade semelhante”.
Publicado em 30/04/2023 11h48
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