Estudian el abejorro con visión por computadora

Por Israel Pérez

Santiago de Querétaro, Querétaro. 2 de febrero de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- Con el objetivo de abrir nuevas líneas de investigación en los procesos de agricultura protegida, así como diseñar sistemas de visión, patrones y reconocimiento de especies que realizan procesos de polinización, investigadores y estudiantes de la Unidad Querétaro del Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada (CICATA) del Instituto Politécnico Nacional (IPN), en colaboración con el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés) de los Estados Unidos y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), desarrollaron el proyecto Caracterización de patrones de actividad del abejorro utilizando visión por computadora.

Bombus impatiens. Crédito: Andrew C. (CC BY 2.0).

El profesor investigador del CICATA Querétaro y líder del proyecto, Joaquín Salas Rodríguez, informó que el punto de partida de esta iniciativa de investigación fue el estudio realizado a una especie endémica de cactácea y su proceso de polinización.

"Estábamos estudiando una especie endémica, la Mammillaria mathildae, que es parte de los proyectos de colaboración que existen entre el University of California Institute for Mexico and the United States (UC MEXUS) y el Conacyt, donde además se involucró el Jardín Botánico de Cadereyta a través de su director, Emilio Sánchez Martínez, y nosotros; él fue quien sugirió estudiar esta especie y nos recomendó qué plantas había que sembrar para darle un contexto a esta cactácea. Todas esas plantas formaron un ensamble y ahí empezamos a desarrollar sistemas de visión que detectaban cuándo los insectos llegaban a las plantas, la hora y cuándo abrían las flores, para empezar a entender qué estrategias llevaban a una mejor polinización", aseguró.

Después del desarrollo de algunos algoritmos y profundizar en el estudio de estos procesos de polinización, aseguró Salas Rodríguez, se tuvo contacto con Koppert Biological Systems, empresa que provee abejorros para polinización de invernaderos a través de la agricultura protegida, lo que derivó, dijo, en una nueva línea de investigación, particularmente de la especie Bombus impatiens, que es de las más utilizadas por esa empresa.

"La propuesta de investigación surgió en México, en la Unidad Querétaro del CICATA, donde estudiantes del doctorado en alta tecnología se integraron al acuerdo académico para promover la vinculación que existe entre el MIT y el Conacyt. El proyecto se llamó Caracterización de patrones de actividad del abejorro utilizando visión por computadora", puntualizó.

Tecnología y polinización

willy azarcoya01 Willy Azarcoya Cabiedes.El estudiante de doctorado en alta tecnología del CICATA Unidad Querétaro, Willy Azarcoya Cabiedes, puntualizó que el estudio contó con la participación del investigador del Departamento de Tierra, Atmósfera y Ciencias Planetarias del MIT, Sai Ravela, y que el objetivo principal era identificar no solo las formas de polinización y la frecuencia con que el abejorro realiza este proceso, sino además reconocer patrones de comportamiento a través de la observación de su aleteo para promover una investigación más profunda de este insecto.

“El objetivo era detectar la actividad de los abejorros en su ambiente natural utilizando visión por computadora, de tal manera que pudiéramos observar la flor y cómo era polinizada por él. También pusimos cámaras en las colmenas para ver el tráfico, es decir, qué tanto entraban y salían los abejorros y por cuánto tiempo. En el proyecto participamos los estudiantes Joaquín Santoyo López, Manuel Valencia, Alfonso Torres Ruiz, Pablo Vera Alfaro y un servidor”, abundó.

Azarcoya Cabiedes explicó que para la segunda etapa del estudio se buscó medir el aleteo de los abejorros dado que es un indicador de su estado de salud, pues, dijo, gran parte de su energía la utilizan precisamente para el vuelo.

“Ellos salen de la colmena, llegan a la planta, empiezan a vibrar en el pistilo y con esto se llena su cuerpo con el polen, que es el que llevan a la colmena. Esto les representa un gasto de energía considerable porque se han visto casos de abejorros que cubren distancias de hasta cinco kilómetros. Incluso, cuando un abejorro, en uno de estos recorridos, encuentra plantas y polen abundantes, regresa a la colmena y les avisa a otros abejorros para que vayan con él, lo que hace que esparzan más polen y con esto polinicen mayores extensiones”, destacó.

estudio abejorros x computadora01 Respecto a las cuestiones técnicas del proyecto, el estudiante del doctorado en alta tecnología del CICATA Unidad Querétaro describió que se diseñó un invernadero laboratorio en el CICATA donde se colocaron cinco plantas de tomate (Solanum lycopersicum) y de chile serrano (Capsicum annuum), además de una colmena MINIPOL, proporcionada por Koppert, con 30 abejorros Bombus impatiens y una cámara JAI para imágenes VGA a 30 cuadros por segundo, con cubierta para intemperie.

"Utilizamos una cámara de video convencional porque solo se trataba de verificar el proceso de polinización de los abejorros; se grabaron aproximadamente 12 horas diarias para captar los minutos específicos en los que llegaba el abejorro, nada más utilizábamos luz de día porque la idea era observar las actividades naturales de este insecto. También se pusieron cámaras en la entrada de la colmena para poder verificar las entradas y salidas de los abejorros", expresó.

Azarcoya Cabiedes aclaró que para la segunda etapa, que estudiaba el análisis de frecuencia, se buscó contabilizar el aleteo del abejorro a través de visión por computadora. Para ello, comentó, se utilizó una cámara inglesa de alta velocidad con una lente de 50 mm a través de un sistema catadióptrico —que registra cinco mil fps (cuadros por segundo) con una resolución de 704 x 704 pixeles—, un sistema estéreo virtual y una estructura metálica con un tanque rectangular de acrílico, con lo que se obtuvo una resolución y nitidez muy aceptables.

"Uno de los avances importantes de este proyecto fue poder captar el comportamiento natural del abejorro, algo que no se había hecho hasta ahora, porque en experimentos anteriores se habían grabado abejorros que eran pegados en una superficie para poder observar su aleteo tratando de escapar; además de que, para dar más seriedad a nuestro proyecto, se aumentó de 12 a 50 videos, que fueron iluminados con un diodo emisor de luz, conocido como LED (por sus siglas en inglés) de alta velocidad, lo que permitió sincronizar el video a cinco mil cuadros por segundo con una mejor calidad de imagen", explicó.

Proyecto de conservación

De acuerdo con el líder del proyecto, Joaquín Salas Rodríguez, existe una tendencia mundial para enfocar el trabajo de instituciones educativas y centros de investigación para buscar soluciones ante problemáticas como la conservación de los recursos naturales o el cambio climático.

"En los países desarrollados detectaron una importante desaparición de muchas especies polinizadoras, como abejas, abejorros e incluso hasta murciélagos, lo que ha generado líneas de investigación de este fenómeno llamado Colony collapse disorder (CCD). Nosotros no podemos ser ajenos a esto, existe la convicción de aportar nuevos conocimientos enfocando los proyectos de estudiantes e investigadores para que se analicen estos fenómenos y se contribuya con las soluciones. Por ejemplo, actualmente estamos preparando otro proyecto para obtener indicadores de la complejidad de los bosques con el objetivo de promover la conciencia sobre su conservación", finalizó.

Divulgación científica

Del proyecto Caracterización de patrones de actividad del abejorro utilizando visión por computadora se desprendieron dos artículos científicos, uno fue publicado por el Centro Editorial de la Facultad de Minas de la Universidad Nacional de Colombia y otro por la editorial científica Springer.

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