Ученые создали радар для идентификации пчел и шмелей

Традиционный экологический мониторинг насекомых-опылителей требует их отлова и последующего определения вида под микроскопом. Это не только трудоемко, но и наносит вред популяциям. Оптические камеры и алгоритмы компьютерного зрения в дикой природе часто дают сбой: им мешают листва, сумерки, переменное освещение и высокая скорость полета. Метеорадары способны отслеживать огромные стаи саранчи на большой высоте, но не справляются с точечным распознаванием мелких насекомых вблизи земли.

Как работает новый радар?

Чтобы решить эту проблему, инженеры из Ирландии и Дании создали миниатюрный радар непрерывного излучения на частоте 30 гигагерц. В лабораторных условиях они по очереди помещали живых ос, медоносных пчел и три вида шмелей в пластиковые контейнеры. Когда насекомое взлетало, радар облучал его радиоволнами и фиксировал отраженный сигнал. Результаты опубликованы в журнале PNAS Nexus.

На основе радиоэха ученые выделили 70 биомеханических параметров полета: базовую частоту взмахов крыльев, распределение энергии по частотным диапазонам и другие характеристики. Затем данные загрузили в иерархическую модель машинного обучения. Алгоритм сначала научили различать семейства (осиные или пчелиные), затем роды (пчелы или шмели) и, наконец, отдельные виды.

Точность впечатляет, но есть ограничения

На уровне крупных семейств нейросеть отличала ос от пчел с точностью 96%. При анализе всего двух секунд полета точность определения конкретных видов достигала 85%. Даже если насекомое находилось в луче радара всего десятую долю секунды, модель угадывала вид в 75% случаев. Авторы отмечают, что пока система протестирована только в замкнутых пластиковых контейнерах, где радиосигнал не затухает на расстоянии. В открытой среде на точность повлияют дистанция и фоновый шум.

Радиоволны миллиметрового диапазона фиксируют видовую механику полета независимо от времени суток, маскировочной окраски или погодных условий. Поскольку такие датчики лежат в основе связи 5G и 6G, в будущем этот алгоритм может превратить вышки сотовой связи и роутеры в глобальную распределенную сеть для непрерывного экологического контроля. Технология открывает путь к автоматическому мониторингу биоразнообразия в масштабах, недоступных традиционным методам.