人工智能辅助科学家对昆虫等微小生物分类,

公益中科 http://nb.ifeng.com/a/20190521/7442256_0.shtml

在生物多样性逐步减少的今天,科学家亟须对未命名生物进行编码分类。昆虫等无脊椎动物在未命名的万物种中的生物量占比可达90%以上,然而科学家对无脊椎动物多样性的探索现状,可谓沧海一粟。

该工作的主要障碍在于:昆虫样本形态较小、种类复杂且数量庞大;传统分拣技术需要基于形态学的手动处理,速度太慢;基于元数据库编码的分子技术难以获得可靠的丰度信息。

因此,德国研究人员设计了一个对小样本进行全自动筛选分类的机器人。实验结果表明,基于一个初步的神经网络,该机器人对各类昆虫分类的平均精度为91.4%(75-%);随着更多的图像被用于训练,该神经网络预测精度将进一步提高。在未来,该技术将提高微小生物分类编码工作的分类精度,缩短分类时间,极大提高工作效率。

文章以「」为题,于年5月17日发表在biorxiv预印本平台。

该文详细报道了一种快速准确的昆虫分类机器人。该机器人配备了两个带有定制镜头的高分辨率镜头、合适的LED照明和图像识别软件。此外,还安装了基于吸泵的运输系统,可将检测到的昆虫转移到标准96孔微板中。首先,机器人对小样本进行排序;然后,使用卷积神经网络(convolutionalneuralnets,CNN)对混合样本进行检测,并对每一个样本进行单独拍照分析;最后将每个样本移动到96孔微板中,进行DNA测序;测序结果与前面的照片相对应,生成新的DNA条形码(DNAbarcod)。

机器人系统可分为:运输系统、图像采集系统和图像处理系统三部分。

运输系统主体是一个三轴机器人,用于将昆虫从培养皿转移到微孔板,并安置摄像机拍摄单个样本的详细视图。机器人x轴和y轴的水平运输由LEZ1线性驱动器(IselAG,Eichenzell,Germany)驱动;这两个线性驱动器均由高精度步进电机驱动,具有良好的定位精度。z轴由带步进电机的AR42H50主轴驱动器(NanotecElectronicGmbHCo.KG,Feldkirchen,Germany)驱动,实现上下运输。同时三个轴都由一个TMCM-电机控制器(Trinamic,Hamburg,Germany)控制,最终实现精确、快速、平滑的轴上运动。

运输系统由RaspberryPi(RaspberryPisingle-board


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