حماية نحل العسل من الدبابير الآسيوية “القاتلة” بمساعدة الذكاء الاصطناعي

غزو الدبابير

“Murder” hornets, also known as Asian hornets, yellow-legged hornets, Asian predatory wasps, or by their scientific name Vespa Velutina, are an invasive species that prey on honeybees.

كان احتواء انتشارها صراعًا ومعظم الوقت معركة خاسرة حتى الآن، حيث انتشر النوع في شرق آسيا وأوروبا وحتى مؤخرًا في أمريكا الشمالية.

حتى الآن، اعتمدت الجهود للحد من انتشارها على التعرف اليدوي من قبل المتطوعين ومربي النحل والوكالات البيئية. ومع ذلك، ثبت أن ذلك غير فعال، مع الكثير من الإنذارات الكاذبة وعدد كبير من أعشاش الدبابير التي تظل غير مكتشفة. مع كل عش غير مكتشف ينشر ملكات جديدة كل عام، يصبح تكاثر هذا النوع الغازي أسيًا.

لحسن الحظ، قد تساعد طريقة جديدة تعتمد على الذكاء الاصطناعي، مقدمةً تطبيقًا مفاجئًا لتعلم الآلة المتقدم.

أهمية نحل العسل

Honeybees have been domesticated by mankind for millennia to produce honey and other valuable products like beeswax and royal jelly.

تم تدجين نحل العسل من قبل البشر لآلاف السنين لإنتاج العسل ومنتجات قيمة أخرى مثل شمع النحل والهلام الملكي.

كما أنهم جزء أساسي من النظام البيئي، يساهمون في تلقيح كل من الأزهار البرية والمحاصيل الزراعية الهامة. وهذا يشمل معظم أشجار الفاكهة، أشجار المكسرات، بالإضافة إلى محاصيل ذات قيمة عالية مثل الشوكولاتة، العنب، الطماطم، الفراولة، توت العليق، الصبار، وغيرها.

في المجموع، يُقدّر أن نحل العسل يوفر “مجانًا” خدمات تلقيح بقيمة 15 مليار دولار في الولايات المتحدة فقط، وأكثر من ذلك بكثير على الصعيد العالمي.

تعرضت أعداد النحل لضغط كبير في العقود الأخيرة، مع تراجع أعدادها بسبب المبيدات الحشرية والطفيليات والعوامل الممرضة، واختفاء الزهور والمرج الطبيعية، والنباتات الغازية، وتغير المناخ.

غزو الدبابير

An important threat to honeybees is the Asian hornets, which focus on honeybees when they find them in a new environment.

تهديد مهم لنحل العسل هو الدبابير الآسيوية، التي تركز على نحل العسل عندما تجدهم في بيئة جديدة.

أصلها من جنوب شرق آسيا، الدبور الآسيوي هو مفترس قوي لسكان النحل الأصليين في أمريكا الشمالية وأوروبا وشرق آسيا. وعلى عكس الأنواع الأصلية في جنوب شرق آسيا، يكافح النحل في هذه المناطق للبقاء على قيد الحياة أمام افتراس الدبابير الآسيوية.

ظهر لأول مرة في أوروبا في فرنسا عام 2004، تلاه انتشاره في إسبانيا عام 2010، وإيطاليا عام 2012، وألمانيا عام 2014. وتم اكتشافه لأول مرة في أمريكا الشمالية في كندا والولايات المتحدة عام 2019.

من الممكن أن يتكيف نحل العسل الأصلي ويتعلم البقاء على قيد الحياة أمام الدبابير الآسيوية، لكن سيتطلب ذلك وقتًا. لذا، قد يكون الحد من عددهم على مدى العقود القادمة ضروريًا تمامًا لمساعدة الأنواع الأصلية من النحل على البقاء.

المصدر: Unsplash من USGS 

الذكاء الاصطناعي لإبعاد الدبابير

The key part in avoiding the spread of Asian hornets is to detect their arrival in a new ecosystem as early as possible. If the initial nest or first dozen nests are left to spread more queens, their number multiplies very quickly, leading to exponentially growing costs and environmental damage.

الجزء الأساسي في تجنب انتشار الدبابير الآسيوية هو اكتشاف وصولها إلى نظام إيكولوجي جديد في أقرب وقت ممكن. إذا تُرك العش الأول أو أول عشرة أعشاش لينشر المزيد من الملكات، فإن عددها يتضاعف بسرعة كبيرة، مما يؤدي إلى تكاليف وأضرار بيئية تتزايد أسيًا.

التحديد اليدوي غير موثوق بما فيه الكفاية. تم تجربة أنظمة كشف آلية سابقة، لكن معدل تحديدها كان عادةً في نطاق ~74.5–83.3%، مع الكثير من الإيجابيات الكاذبة.

من خلال الاستفادة من التقدم في الذكاء الاصطناعي ورؤية الآلة، تمكن الباحثون في جامعة إكستر من تحقيق معدل كشف يزيد عن 99%، وقد نُشرت نتائجهم في مجلة Nature في الورقة العلمية “VespAI: نظام قائم على التعلم العميق لاكتشاف الدبابير الغازية“.

كاشف الدبابير VespAI

The prototype of the AI hornet detector, named VespAI, was deployed on the island of Jersey, close to the French coasts.

تم نشر نموذج أولي لكاشف الدبابير بالذكاء الاصطناعي، المسمى VespAI، على جزيرة جيرسي، القريبة من السواحل الفرنسية.

يتضمن جهازًا كاميرا، ومصدر طاقة (بطارية + لوحة شمسية بقدرة 40 واط)، وقليلًا من الحوسبة باستخدام عتاد Raspberry Pi 4.

المصدر: Nature

تم جمع بيانات التدريب من عدة نقاط في أوروبا وتم توضيحها يدويًا حتى يمكن اكتشاف الدبابير الآسيوية بشكل صحيح.

المصدر: Nature

يمكن للنظام التمييز بين الدبابير الآسيوية وأنواع الدبابير الأصلية. يستخدم طريقة ذكاء اصطناعي تُسمى انتشار الصلة طبقة بطبقة (LRP)، والتي تسمح للنظام بتحديد أهمية كل بكسل بدقة في كشف الدبابير الآسيوية.

على سبيل المثال، كانت البكسلات المتطابقة مع الشريط البرتقالي على الجزء الرابع من البطن، وتلك حول الحافة الخارجية للجناح، من بين النقاط البيانات المهمة.

المصدر: Nature

كان برنامج رؤية الآلة المستخدم هو YOLOv5 (You Only Look Once)، الذي أنشأته Ultralytics، وهو برنامج أيضًا في صميم تكنولوجيا السيارات ذاتية القيادة.

نحو تحييد الدبابير المؤتمت

بفضل الطبيعة غير القاتلة للكاشف، يمكن تتبع الدبور الآسيوي إلى عشه، ثم تدمير العش لاحقًا. كما أنه لا يقتل الأنواع الأخرى كما تفعل فخاخ الدبابير عادةً.

من خلال اكتشاف هدفه باستمرار دون تدخل بشري، فإن قدرة VespAI على اكتشاف الدبابير الآسيوية مبكرًا تفوق طرق التعرف اليدوي بمراتب عدة من الحجم.

هذا، ربما، يجعلها الخيار الوحيد الموثوق لاكتشاف الغزو مبكرًا بما يكفي لإيقافه تمامًا.

أخيرًا، يجعل استخدام البرمجيات مفتوحة المصدر والعتاد منخفض التكلفة نشر هذا النظام على نطاق واسع واقعيًا وتنافسيًا من حيث التكلفة مقارنةً باستراتيجيات مكافحة الدبابير الحالية.

كما أنه لا يعتمد على الحوسبة السحابية ويستخدم فقط اتصال WiFi لإرسال التنبيهات بمجرد اكتشاف دبور آسيوي. تشغيل تحليل الذكاء الاصطناعي فقط عند اكتشاف الحشرة يقلل من استهلاك الطاقة.

شركات الزراعة والذكاء الاصطناعي

غالبًا ما يُنظر إلى إدارة النظم البيئية والزراعة على أنهما صناعات «غير جذابة»، بحسب ما يمكن تخيله من قطاع التكنولوجيا والذكاء الاصطناعي.

هذا لم يعد صحيحًا بعد الآن، فهناك الكثير من التقنيات المبتكرة التي تدخل قطاع الزراعة، حتى وإن لم يتعامل أي منها مباشرةً مع الدبور الآسيوي حتى الآن.

1. Arugga

هذه الشركة، التي جمعت حتى الآن 5.8 مليون دولار، تصنع روبوتات مدعومة بالذكاء الاصطناعي تستخدم رؤية حاسوبية، تم تطويرها عبر منصة NVIDIA (NVDA ) Metropolis، لتحديد الأزهار الجاهزة للتلقيح ثم بدء العملية عن طريق إطلاق نبضات هوائية عليها.

في حين أن أداء الروبوتات يوازي أداء النحل الطنان، وفي بعض الحالات يتفوق بنسبة تصل إلى 5%، فإنه يأتي أيضًا مع القدرة على جمع وتحليل البيانات على طول الطريق.

أظهرت روبوتات Arugga تحسينات في الإنتاجية تصل إلى 20% دون التضحية بالجودة. روبوتها الأرضي المتجول، بولي، يعمل مع الفراولة، التوت الأزرق، الطماطم، وغيرها من المحاصيل.

مؤخرًا، حولت الشركة صوبة زراعية مساحتها 4.6 هكتار تابعة لشركة Agrifutura الفنلندية إلى أول منشأة في العالم تستفيد بالكامل من تقنية التلقيح الروبوتية.

كما أنها تتطلع إلى إضافة كشف الآفات والأمراض إلى روبوتاتها، من خلال تعاون مع شركة ناشئة إسرائيلية ViewNetic. في المستقبل، تهدف أيضًا إلى إضافة تقليم غير تلامسي، وتنبؤ بالإنتاجية، وخفض النباتات.

2. Advanced.farm

يمكن أيضًا استغلال التقدم في رؤية الآلة خارج نطاق التلقيح. على سبيل المثال، يمكن استخدامها لتحديد وتقييم نضج الفواكه بدقة، ثم قطفها.

هذه المهام عادةً ما تكون شاقة جدًا. بدلاً من ذلك، تستخدم Advanced.farm 6 أذرع روبوتية، ورؤية آلة، وكوب شفط لقطف التفاح بلطف دون الحاجة إلى وجود إنسان.

المصدر: Advanced.farm

يمكنه أيضًا القيام بذلك ليلاً، مما يسمح بجدول حصاد 24/7. كما صممت Advanced.farm حاصدة فراولة، وهي أكثر كفاءة بخمس مرات من الحاصدة البشرية.

لذا، على الرغم من مظهره المخيف قليلًا عند التشغيل ليلاً (انظر أدناه)، فهو آمن وفعال حقًا.