L’IA peut suivre les abeilles sur la caméra. Voici comment cela aidera les agriculteurs

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L’intelligence artificielle (IA) offre une nouvelle façon de suivre les insectes pollinisateurs essentiels à l’agriculture.

Dans une nouvelle étudenous avons installé appareils photo numériques miniatures et ordinateurs à l’intérieur d’une serre dans une ferme de fraises à Victoria, en Australie, pour suivre les abeilles et autres insectes qui volaient d’une plante à l’autre pour polliniser les fleurs.

À l’aide d’un logiciel d’IA personnalisé, nous avons analysé des séquences vidéo de plusieurs jours de notre système pour créer une image du comportement de la pollinisation sur une vaste zone.

De la même manière que la surveillance des routes peut aider à la fluidité du trafic, notre système promet de rendre la pollinisation plus efficace. Cela permettra une meilleure utilisation des ressources et une augmentation de la production alimentaire.

Un nouveau regard

Avec une population humaine croissante et des ressources naturelles limitées, la production alimentaire doit devenir plus efficace et durable. L’agriculture de précision alimentée par de nouvelles technologies, comme l’IA, peut aider à sécuriser la production alimentaire future.

Une pollinisation efficace est cruciale pour produire fruits, légumes, légumineuses et noix sains.

Une pollinisation optimale nécessite juste le bon numéro des visites des insectes pollinisateurs aux fleurs. Trop peu ou trop de visites, ou des visites d’insectes pollinisateurs inefficaces, peuvent diminuer la qualité de la nourriture produite par une plante à fleurs.

Les techniques typiques de surveillance de la pollinisation par les insectes utilisent l’observation visuelle directe ou piégeage de casserolequi demandent beaucoup de main-d’œuvre et prennent plusieurs jours.

De plus, sans un très grand nombre d’observateurs formés, il est impossible de collecter des données simultanément sur de grandes exploitations. Pourtant, ces données sont nécessaires pour fournir des preuves urgentes de l’étendue de la pollinisation des cultures, avant que la fenêtre de pollinisation d’une saison ne soit fermée.

Avec notre système numérique, cependant, un gestionnaire de ferme pourrait obtenir des données le jour même sur les niveaux de pollinisation des cultures.

Comment une analyse fine du mouvement des insectes pollinisateurs permet une meilleure production alimentaire

Notre système de surveillance de la pollinisation a été mis en place à Crête ensoleillée ferme dans une serre de fraises ouverte aux insectes. Le réseau de caméras surveillait l’activité des insectes parmi les fraises, enregistrant les abeilles, les syrphes, les papillons de nuit, les papillons et certaines guêpes.

Gestion des données volumineuses (insectes) avec un logiciel avancé

Le volume de données que notre système collecte nécessite un logiciel personnalisé pour suivre de manière fiable les insectes individuels volant parmi un feuillage complexe.

Un problème clé que notre logiciel surmonte est l’identification des mouvements d’insectes dans une séquence vidéo, de sorte qu’un insecte individuel sur un seul chemin n’est pas accidentellement compté plusieurs fois. Cela permet une évaluation précise du nombre d’insectes dans une région au cours d’une journée, une analyse de leur type (par exemple, des espèces) et un suivi de leurs visites de fleurs.

Notre logiciel personnalisé utilise un modèle de détection hybride pour détecter et suivre les insectes et les fleurs dans les vidéos. Ce modèle combine les capacités de détection d’objets basées sur l’IA de l’apprentissage en profondeur à l’aide d’un réseau de neurones convolutifsainsi que des détection de premier plan des algorithmes pour identifier les positions précises des insectes et des fleurs qu’ils visitent dans les vidéos enregistrées.

Le logiciel comprend des fonctionnalités pour rendre traitement des données plus efficace et économisant sur la puissance de l’ordinateur.

Les trajectoires d’insectes produites par notre logiciel sont calculées à l’aide d’une méthode appelée Algorithme hongrois. Cela examine les positions des insectes dans chaque image vidéo d’une séquence et permet l’identification d’une correspondance entre les emplacements des insectes sur une séquence d’images vidéo.

En enregistrant et en visualisant ces chemins, nous acquérons une compréhension du comportement des insectes et de l’efficacité de la pollinisation dans une serre.

Les fraises produisent des fruits de qualité après une minimum de quatre visites d’insectes à une fleur individuelle. Trop de visites peuvent en fait endommager les fleurs et réduire la qualité des fruits.

Quels insectes sont responsables de la pollinisation ?

Dénombrements d’insectes, pistes et visites de fleurs signalés à trois emplacements d’échantillonnage sur notre site de terrain. Les diagrammes à barres au-dessus des parcelles indiquent le nombre de pistes et le nombre total de visites de fleurs pour chaque type d’insecte. Les couleurs des pistes représentent différentes variétés d’insectes. Les emplacements des fleurs sont indiqués par des cercles bleus. Ratnayake et al., 2022.

Les visites de fleurs d’abeilles ont été enregistrées plus fréquemment dans la zone surveillée que les visites d’autres insectes. Notre analyse a montré que 68 % des fleurs enregistrées ont reçu le nombre minimum de quatre visites d’insectes nécessaires à une fertilisation complète au cours de la période de surveillance.

Alors que les abeilles ont le plus contribué à la pollinisation, les visites d’autres insectes ont souvent permis aux fleurs individuelles d’atteindre le seuil souhaité de quatre visites, améliorer potentiellement le rendement des cultures.

Contribution de différents types d’insectes à la pollinisation du fraisier. Le graphique à barres montre le pourcentage de fleurs visitées par chaque type d’insecte à trois emplacements d’échantillonnage sur notre site de terrain. La partie gris foncé montre le pourcentage de fleurs avec plus de quatre (nombre de visites nécessaires pour la fertilisation des fleurs de fraisier) de chaque type d’insecte. La ligne pointillée rouge dans les parcelles montre le pourcentage total de fleurs avec plus de quatre visites dans un emplacement. Ratnayake et al., 2022.

En détectant le nombre, les types et le moment des insectes nécessaires à une pollinisation optimale, notre système de surveillance fournit aux agriculteurs les preuves dont ils ont besoin pour éclairer la prise de décision. Par exemple, savoir dans quelle mesure une culture a été pollinisée permet aux producteurs de modifier l’emplacement et le nombre de ruches pour augmenter les déficits de pollinisation.

Les agriculteurs peuvent également ouvrir ou fermer les parois latérales des serres pour encourager ou décourager les visites d’insectes provenant de directions particulières. Ils peuvent décider d’ajouter des fleurs attractives pour inciter les insectes à explorer les régions cultivées qui n’ont pas été suffisamment visitées.

Ces interventions simples peuvent assurer un taux de succès de pollinisation plus élevé et un rendement plus élevé de fruits de qualité marchande. Une gestion intelligente des insectes comme celle-ci promet d’aider à répondre au besoin de nourrir une population croissante avec des produits sains.

Malika Nisal Ratnayake est chercheur postdoctoral, Faculté des technologies de l’information à Université Monash; Adrien Dyer est professeur agrégé à Université Monashet Alain Dorin est professeur agrégé, Faculté des technologies de l’information à Université Monash.