یادگیری ماشینی ارتعاشات بندپایان را رمزگشایی کرد

خبرگزاری علم و فناوری آنا، بندپایان از پاهای فانتزی خود برای کارهای مختلف، از جمله شکار کردن، استفاده می‌کنند ولی به دلیل حساسیت بسیار زیاد این اندام‌ها در تیره عنکبوتیان و نیز هزینه بسیار بالای ابزارهای سنجش، مطالعه ارتعاشات آن‌ها برای محققان بسیار دشوار و پرچالش بوده است. در گزارش پیش رو که برگرفته از پایگاه اینترنتی پاپیولار ساینس است با روش جدیدی آشنا می‌شوید که با استفاده از یادگیری ماشینی ارتعاشات عنکبوتیان را ثبت و ضبط کرده است.

کشف روش جدید برای ضبط ارتعاش

اخیراً یک دانشجوی آمریکایی به نام نوری چوی (Noori Choi’) که در مقطع دکتری در دانشگاه لینکلن تحصیل می‌کند با استفاده از هوش مصنوعی سیستم جدیدی را توسعه داده است که مجموعه‌ای از میکروفن‌های تماسی کوچک و ارزان را با یک برنامه یادگیری ماشینیِ پردازش صدا ترکیب میکند تا حرکات عنکبوت‌ها را در زیرلایه‌های جنگلی رصد کند. 
این دانشجوی آمریکایی برای پیشبرد پروژه خود دو ماه گرم تابستان را در جنگل‌های شمال می‌سی‌سی پی گذراند و ۲۵ میکروفون و تَله را در بخش‌هایی به وسعت ۱۰۰۰ فوت مربع در کف جنگل قرار داد تا سیستم جدید خود را آزمایش کند. این سیستم توانست ارتعاشات سه گونه از عنکبوت‌های گرُگی را تشخیص دهد.

گردآوری داده و تفکیک صدا‌ها

سیستم مورد اشاره ۳۹ هزار ساعت داده شامل بیش از ۱۷۰ هزار سری ارتعاش را جمع‌آوری کرد اما، همه آن ارتعاشات مربوط به عنکبوت‌های گرگی نبود. جنگل‌ها مکان‌هایی پر سروصدا و مملو از حشرات، پرندگان، خش‌خش شاخه‌های درخت، و صدا‌های ناشی از زندگی انسان‌ها مانند موتور‌های هواپیما هستند. این امواج صوتی نیز به‌عنوان ارتعاش در زمین جذب می‌شوند و باید از اهداف بررسی دانشمندانی باشند که درباره تیره عنکبوتیان تحقیق می‌کنند.

فیلتر کردن صدا‌های مزاحم

به گفتۀ نوری چوی فضای سیگنال‌دهی شلوغ‌تر از حد انتظارش بوده است، زیرا شامل ارتعاشات هوا و زیرلایه‌ها هم در آن دخیل هستند. برای حل این مشکل، چوی یک برنامه یادگیری ماشینی طراحی کرد که میتوانست صدا‌های ناخواسته را فیلتر کند و در عین حال ارتعاشات سه گونه عنکبوت گرگی را جدا کند. تجزیه‌و‌تحلیل یافته‌های این دانشجوی آمریکایی، دیدگاه‌ها جدید و جذابی را در مورد رفتار‌های عنکبوتیان به همراه داشت، به‌ویژه همپوشانی فرکانس صوتی، زمان و فضای سیگنال‌دهی بین گونه‌های خواهر و برادر.

چگونگی سیگنال‌دهی عنکبوتیان
چوی تشخیص داد که هر دو گونه عنکبوت گرگی معمولاً سیگنال‌دهی خود را به زمانی که بالای بستر برگ‌ها هستند، محدود می‌کنند. او گفت: آن‌ها ممکن است گزینه‌های محدودی برای انتخاب داشته باشند، زیرا اگر بخواهند در مکان‌های مختلف، روی بستر‌های مختلف سیگنال دهند، ممکن است کل ارتباط را مختل کنند و به اهدافی، چون جفت‌گیری نرسند. این مطالعه همچنین نشان داد که گونه عنکبوت‌های گرگی روش‌های ارتباطی خود را بسته به میزان شلوغی در هر زمان و اینکه شلوغی ناشی از چیست، تطبیق می‌دهند.

روش جدید چوی می‌تواند امکان نظارت غیرتهاجمی، دقیق و بسیار مؤثر بر جمعیت عنکبوت‌ها را فراهم کند و به حفظ حرکات روزانه عنکبوت‌ها و نظارت بر تغییرات بندپایان، که برای عملکرد اکوسیستم مهم هستند، کمک کند.