L’intelligenza artificiale aiuta gli insetti

David Rolnick è sempre stato appassionato di insetti. Da bambino trascorreva le estati osservando le falene che attirava nel suo giardino con le luci. Ora professore di informatica, fa la stessa cosa, questa volta usando l’intelligenza artificiale (AI).

In collaborazione con il Montreal Insectarium, ha lanciato il progetto Antenna, che mira a utilizzare l’intelligenza artificiale per automatizzare il monitoraggio degli insetti in tutto il mondo.

Si parla di collasso della biodiversità degli insetti in termini apocalittici, ma i dati di cui disponiamo a sostegno di questa idea sono molto limitatispiega il professor Rolnick, membro accademico senior dell’Istituto Mila.

Cita ad esempio l’effetto parabrezza, un fenomeno osservabile dalla gente comune, ma poco misurato con scarsa precisione. In alcuni casi, si è scoperto che gli insetti erano spariti perché le persone avevano notato che meno insetti si schiantavano contro i loro parabrezza. Quando è così che misuriamo la biodiversità, c’è un problemasostiene.

Tuttavia, con 1,3 milioni di specie conosciute e miliardi di individui, contare gli insetti non è un compito facile. Ne sa qualcosa Maxim Larrivee, direttore dell’Insectarium e principale collaboratore di David Rolnick in questo progetto.

Gli insetti sono iper diversificati, iper abbondanti e ci sono pochi esperti in grado di confermare le identificazioni.

I metodi tradizionali di censimento prevedono la cattura degli insetti mediante trappole e la registrazione per ciascun esemplare, oltre alla specie, anche di informazioni sulla data, il luogo e la modalità di raccolta. Un “lavoro da monaco”, secondo il signor Larrivee, che spesso porta alla morte degli insetti.

Un algoritmo per le falene

Per offrire un nuovo metodo, Antenna si affida a un algoritmo di visione artificiale progettato dal team di David Rolnick, che identifica gli insetti dalle foto.

Il team ha scelto di concentrarsi prima sulle falene. Questi insetti hanno il vantaggio di essere attratti dalla luce e di essere riconoscibili dai caratteristici disegni sulle ali, che variano da una specie all’altra.

Per fotografare gli insetti, gli scienziati utilizzano stazioni di trappole fotografiche sviluppate da un team di ricercatori danesi. Queste stazioni includono una lampada a raggi ultravioletti (UV) per attirare gli insetti notturni, uno schermo bianco su cui possono atterrare e una fotocamera che scatta foto ogni pochi secondi durante la notte.

Le foto vengono quindi inviate a un computer centrale e analizzate. Su ogni immagine l’algoritmo rileva le falene e identifica la specie di ciascun individuo dando una percentuale di certezza dell’identificazione.

Quindi conta il numero di individui fotografati durante la notte. Per evitare doppi conteggi, segue gli esemplari che si muovono sullo schermo man mano che si svolgono le foto.

Quel giorno, spiega il professor Rolnick, mostrando un esempio, il sistema ha funzionato per 11 ore. Sono stati rinvenuti 8000 insetti particolari e 54 specie.

Una tale quantità di informazioni ridefinisce i limiti di ciò che è possibile in entomologia. Secondo Maxim Larrivee, una stazione situata nel Quebec può osservare circa due milioni di insetti in una stagione, tutti identificati, datati e localizzati.

Questo è il numero di osservazioni che normalmente un esperto raccoglierà in tutta la sua carriera!

Mi ritrovo a pensare che sia pur sempre fantascienza, perché ci permette davvero di arrivare a livelli di quantità di informazioni e di comprensione della diversità che in passato non potevamo nemmeno immaginare.aggiunge.

Diversità oscura

Le stazioni sono alimentate da pannelli solari e batterie a ciclo profondo. È un sistema in grado di operare autonomamente negli ambienti più secchi e più umidi per diversi mesi.spiega Maxim Larrivee.

Questa è un’opportunità perfetta per studiare gli insetti in aree difficili da raggiungere. Ad esempio, a Nunavik sono state installate cinque stazioni in collaborazione con le comunità locali. Nell’ambito del progetto Antenna sono state installate più di 150 stazioni in tutti i continenti (eccetto l’Antartide).

Maxim Larrivee e David Rolnick hanno contribuito a installare le stazioni nella foresta pluviale del Barro Colorado a Panama. Volevamo vedere come avrebbero resistito a condizioni estreme di umidità del 100%.spiega il signor Larrivee.

Questa esperienza ha rivelato il potenziale insospettabile di Antenna: quello di scoprire nuove specie. Durante il test a Panama le stazioni hanno fotografato 300 specie mai descritte prima.

Questo risultato è “completamente sorprendente” per il signor Larrivee. Mi ci sono voluti diversi mesi per accettare che, in un luogo dove gli insetti sono stati studiati approfonditamente negli ultimi 80 anni, il 25% della fauna entomologica delle falene è ancora sconosciuta alla scienza.

Non ce lo aspettavamo affattoconferma David Rolnick.

Si stima che sull’intero pianeta il 90% delle specie di insetti siano ancora da scoprire. Questo gruppo di specie viene talvolta chiamato diversità oscurasoprannome ispirato alla materia oscura, di cui si deduce la presenza senza vederla.

Specie a rischio

Tuttavia, il tempo per catalogare questa oscura diversità sta scadendo. Secondo le migliori stime, l’attuale estinzione degli insetti si sta verificando a un ritmo 1.000 volte più veloce rispetto alle precedenti grandi estinzioni.

Abbiamo specie che hanno impiegato migliaia di anni per evolversi, che sono state scolpite dalle pressioni ambientali e che scompariranno da questo pianeta senza che noi ne siamo consapevoli.si lamenta Maxim Larrivee.

In particolare, le falene rischiano di perdere in questa estinzione di massa. [Ils] sono tra i gruppi più ricchi di biodiversità al mondo, sottolinea David Rolnick. Sul pianeta esistono 150.000 specie di falene, che rappresentano circa il 10% di tutte le specie conosciute.

E il loro collasso avrebbe conseguenze molto concrete sulle popolazioni umane. Le falene svolgono un ruolo impollinatore cruciale e sono preda di molte specie di uccelli.

Penso che le persone non capiscano quanto sta cambiando la biodiversità nel loro giardino e quanto ciò li influenzerà, afferma il professor Rolnick. Ciò influenzerà altri elementi della biodiversità: il cibo che mangiamo, i prodotti che acquistiamo che derivano dal legno e dall’agricoltura.

Strumenti come Antenna consentiranno di documentare queste fluttuazioni della popolazione in tempo reale con una precisione senza precedenti. Potrebbero anche misurare il modo in cui le nostre azioni contribuiscono al declino della biodiversità, ad esempio documentando l’impatto di alcuni pesticidi sulle popolazioni di insetti.

In questo tipo di casi i dati raccolti da Antenna potrebbero rivelarsi decisivi. Nei prossimi anni, afferma Larrivee, avremo accesso a informazioni affidabili che potremo condividere con i decisori. Ciò cambia completamente la nostra comprensione e, spero, la nostra capacità di risolvere il problema del collasso della biodiversità.