Bescherming van honingbijen tegen Aziatische ‘Moordenaar’ wespen met AI

Wespeninvasie

“Murder” wespen, ook bekend als Aziatische wespen, geelbenige wespen, Aziatische roofwespen, of onder hun wetenschappelijke naam Vespa Velutina, zijn een invasieve soort die op honingbijen jaagt.

Het inperken van de uitbreiding is een worsteling geweest en tot nu toe vooral een verloren strijd, waarbij de soort zich verspreidt in Oost-Azië, Europa en zelfs recentelijk Noord-Amerika.

Tot nu toe zijn pogingen om hun verspreiding te beperken afhankelijk geweest van handmatige identificatie door vrijwilligers, imkers en milieubureaus. Dit bleek echter inefficiënt, met veel valse alarmen en te veel wespenhorren die onopgemerkt blijven. Met elke onopgemerkte horre die elk jaar nieuwe koninginnen voortbrengt, wordt de vermenigvuldiging van deze invasieve soort exponentieel.

Gelukkig kan een nieuwe methode die op AI steunt mogelijk helpen, en biedt een verrassende nieuwe toepassing van geavanceerde machine learning.

Het belang van honingbijen

Honingbijen zijn door de mensheid al millennia gedomesticeerd om honing en andere waardevolle producten zoals bijenwas en koningsgelei te produceren.

Ze vormen ook een essentieel onderdeel van het ecosysteem en dragen bij aan de bestuiving van zowel wilde bloemen als belangrijke landbouwgewassen. Dit omvat de meeste fruitbomen, notenbomen, evenals hoogwaardig gewassen zoals cacao, druiven, tomaten, aardbeien, frambozen, agave, enz.

In totaal wordt geschat dat honingbijen “gratis” $15 miljard aan bestuivingsdiensten leveren alleen in de VS, en wereldwijd nog veel meer.

De bijenpopulaties staan de afgelopen decennia onder zware druk, met afnemende aantallen door pesticiden, parasieten en pathogenen, het verdwijnen van inheemse bloemen en weiden, invasieve planten en klimaatverandering.

Wespeninvasie

Een belangrijke bedreiging voor honingbijen zijn de Aziatische wespen, die zich richten op honingbijen wanneer ze ze in een nieuw milieu aantreffen.

Oorspronkelijk uit Zuidoost-Azië is de Aziatische wesp een krachtige roofdier van inheemse bijenpopulaties in Noord-Amerika, Europa en Oost-Azië. In tegenstelling tot inheemse soorten uit Zuidoost-Azië hebben bijen in deze regio’s moeite om de predatie door Aziatische wespen te overleven.

De eerste verschijning in Europa was in Frankrijk in 2004, gevolgd door verspreiding in Spanje in 2010, Italië in 2012 en Duitsland in 2014. De eerste detectie in Noord-Amerika was in Canada en de VS in 2019.

Het is mogelijk dat inheemse honingbijen zich kunnen aanpassen en leren overleven met Aziatische wespen, maar ze hebben daar tijd voor nodig. Het beperken van hun populatie voor de komende decennia kan daarom absoluut noodzakelijk zijn om inheemse bijensoorten te helpen overleven.

Bron: Unsplash door USGS 

AI om wespen op afstand te houden

Het belangrijkste onderdeel om de verspreiding van Aziatische wespen te voorkomen is om hun aankomst in een nieuw ecosysteem zo vroeg mogelijk te detecteren. Als de eerste horre of de eerste tiental horren onbehandeld blijven en meer koninginnen verspreiden, vermenigvuldigt hun aantal zich zeer snel, wat leidt tot exponentieel groeiende kosten en milieuschade.

Handmatige identificatie is te onbetrouwbaar om voldoende te zijn. Eerdere geautomatiseerde detectiesystemen zijn geprobeerd, maar hun identificatieratio lag meestal in het bereik van ~74,5–83,3 %, met veel vals-positieven.

Door gebruik te maken van vooruitgang in AI en machine vision hebben onderzoekers van de Universiteit van Exeter een detectieratio van meer dan 99 % bereikt, met hun resultaten gepubliceerd in Nature in het wetenschappelijke artikel “VespAI: een op deep learning gebaseerd systeem voor de detectie van invasieve wespen“.

VespAI Wespen Detector

Het prototype van de AI-wespendetector, genaamd VespAI, werd ingezet op het eiland Jersey, dicht bij de Franse kusten.

Het omvat een camera, een stroombron (batterij + 40 W zonnepaneel) en zo min mogelijk rekenkracht met Raspberry Pi 4 hardware.

Bron: Nature

Trainingsdata werd verzameld van verschillende locaties in Europa en handmatig geannoteerd zodat Aziatische wespen correct konden worden gedetecteerd.

Bron: Nature

Het systeem kan onderscheid maken tussen Aziatische wespen en inheemse wespensoorten. Het maakt gebruik van een AI-methode genaamd layer-wise relevance propagation (LRP), die het AI-systeem in staat stelt het belang van elke pixel correct te identificeren bij het nauwkeurig detecteren van Aziatische wespen.

Bijvoorbeeld, de pixels die overeenkomen met de oranje band op het vierde abdominale segment, en die rond de buitenrand van de vleugel, behoorden tot de belangrijke gegevenspunten.

Bron: Nature

De gebruikte machine vision-software was YOLOv5 (You Only Look Once), ontwikkeld door Ultralytics, een software die ook de kern vormt van zelfrijdende autotechnologie.

Naar geautomatiseerde neutralisatie van wespen

Dankzij de niet-dodelijke aard van de detector kan de Aziatische wesp worden gevolgd tot aan zijn horre, die vervolgens wordt vernietigd. Het doodt ook geen andere soorten zoals wespvallen dat doorgaans doen.

Door zijn doel continu te detecteren zonder menselijke tussenkomst, is VespAI’s vermogen om Aziatische wespen vroegtijdig te detecteren vele orders van grootte beter dan handmatige identificatiemethoden.

Dit maakt het mogelijk de enige geloofwaardige optie te zijn om invasie vroeg genoeg te detecteren om deze volledig te stoppen.

Tenslotte maakt het gebruik van open-source software en goedkope hardware massale inzet van dit systeem realistisch en kosteneffectief vergeleken met bestaande wespbeheersingsstrategieën.

Het maakt ook geen gebruik van cloud computing en gebruikt alleen WiFi-connectiviteit om waarschuwingen te verzenden zodra een Aziatische wesp is gedetecteerd. Het activeren van de AI-analyse alleen wanneer een insect is gedetecteerd vermindert het energieverbruik.

AI Landbouwbedrijven

Ecologisch beheer en landbouw worden vaak gezien als ‘niet sexy’ sectoren, ten opzichte van de tech- en AI-industrie.

Dit is niet langer waar, met tal van innovatieve technologieën die hun weg vinden naar de landbouwsector, hoewel er nog geen direct met de Aziatische wesp bezig is.

1. Arugga

Dit bedrijf, dat tot nu toe $5,8 miljoen heeft opgehaald, bouwt AI-aangedreven robots die computervisie gebruiken, ontwikkeld via het NVIDIA (NVDA ) Metropolis-platform, om bloemen die klaar zijn voor bestuiving te identificeren en vervolgens het proces te starten door luchtstoten op hen af te vuren.

Terwijl de prestaties van de bots gelijk zijn aan die van hommels en in sommige gevallen tot 5 % beter, biedt het ook de mogelijkheid om data te verzamelen en te analyseren tijdens het proces.

De robots van Arugga hebben opbrengstverbeteringen van tot 20 % aangetoond zonder concessies te doen aan kwaliteit. Zijn ronddraaiende grondrobot, Polly, werkt met aardbeien, bosbessen, tomaten en andere gewassen.

Onlangs heeft het bedrijf de 4,6 hectare grote kas van het Finse Agrifutura omgevormd tot de eerste faciliteit ter wereld die volledig gebruikmaakt van robotische bestuivingstechnologie.

Het is ook van plan plagen- en ziektesdetectie toe te voegen aan zijn robots, via een samenwerking met de Israëlische startup ViewNetic. In de toekomst wil het ook niet-contact snoeien, opbrengstvoorspelling en plantverlaging toevoegen.

2. Advanced.farm

Vooruitgang in machine vision kan ook worden ingezet buiten de vraag van bestuiving. Bijvoorbeeld, het kan worden gebruikt om de rijpheid van fruit te spotten en correct te beoordelen, en vervolgens te plukken.

Deze taken zijn meestal zeer arbeidsintensief. In plaats daarvan gebruikt Advanced.farm 6 robotarmen, machine vision en een zuignap om appels te oogsten zonder menselijke aanwezigheid, zachtjes.

Bron: Advanced.farm

Het kan dit ook ‘s nachts doen, waardoor een 24/7 oogstschema mogelijk is. Advanced.farm heeft ook een aardbeienoogstmachine ontworpen, die 5 x efficiënter is dan een menselijke oogstmachine.

Dus ondanks een enigszins spookachtig uiterlijk bij nachtelijk gebruik (zie hieronder), is het echt veilig en efficiënt.