Pesquisadores trabalham em nova versão de software para contagem e classificação de pulgões

Uma parceria iniciada em 2016 entre Universidade de Passo Fundo (UPF) e Embrapa Trigo foi criada com o objetivo de desenvolver soluções computacionais para serem integradas em uma plataforma para monitoramento, simulação e tomada de decisão no manejo de epidemias cujos patógenos são transmitidos por insetos. A proposta foi utilizar a visão computacional para auxiliar no monitoramento e na tomada de decisão de manejo de insetos. Chamado de AphidCV, o software foi apresentado em 2018. Desde então, pesquisadores vêm mantendo a parceria com o intuito de aprimorar o software. A ideia é, em breve, entregar uma versão final capaz de identificar ainda mais espécies e que possa ser usada também por institutos de pesquisa no Brasil e no mundo. 

O AphidCV foi desenvolvido pelo egresso do Programa de Pós-Graduação em Computação Aplicada (PPGCA), Elison Alfeu Lins, orientador pelo professor Dr. Rafael Rieder, por meio de colaboração em projeto de pesquisa da Embrapa Trigo, “Plataforma integrada para monitoramento, simulação e tomada de decisão no manejo de epidemias causadas por vírus transmitidos por insetos”, coordenado pelo pesquisador Dr. Douglas Lau. A primeira versão do software nasceu a partir de uma demanda da própria Embrapa, com o objetivo de criar uma ferramenta de processamento de imagens e visão computacional para a identificação de afídeos. O resultado foi um software capaz de automatizar contagem, classificação e mensuração desses insetos, que antes era feita manualmente em um processo cansativo e sujeito a problemas de precisão. 

O processo de criação do AphidCV contemplou o uso de técnicas de processamento de imagens e deep learning para automatizar o processo de análise de placas com os insetos, e também contou com apoio de técnicos da Embrapa e de alunas de graduação da Agronomia da UPF. “Nessa primeira versão, nós desenvolvemos um software que identificava o Rhopalosiphum padi, uma espécie de pulgão considerada um dos principais vetores do nanismo-amarelo, virose que em média reduz em 20% o potencial da cultura do trigo. O software utiliza visão computacional e deep learning para fazer contagens, classificações e mensurações desses pulgões. Depois de processar as imagens, ele gera relatórios com o número de afídeos, classificação e morfometria de cada indivíduo da amostra”, explica o professor Rieder.

O desenvolvimento da plataforma, como um todo, envolve várias instituições brasileiras que trabalham de forma integrada e colaborativa, criando soluções que permitam realizar os diferentes passos necessários. Em relação às ferramentas computacionais, Embrapa Trigo e UPF também trabalham em parceria com pesquisadores do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia Sul-Riograndense (IFSul, Passo Fundo). “Existe um amplo potencial de uso do AphidCV e das ferramentas de simulação da plataforma também como ferramenta didática em cursos de graduação e pós-graduação das áreas de Biologia e Agronomia. Professores e alunos poderão ter à disposição soluções para testar na prática hipóteses dos conteúdos em estudo”, comenta o pesquisador Lau, da Embrapa Trigo.

Nova versão
O próximo passo é dar continuidade às pesquisas e aprimorar o AphidCV. “Nossa meta é trabalhar com quatro espécies que a Embrapa estuda. O Rhopalosiphum padi está praticamente consolidado, e o banco de dados das outras três espécies já está sendo elaborado pelos colegas da Embrapa. A ideia é até 2020 ter uma versão de software estável, com quatro espécies sendo identificadas, contadas e classificadas”, destaca. Para que isso seja possível, os pesquisadores contam com o auxílio de acadêmicos dos cursos da área de Tecnologia de Informação da Instituição. “Hoje, temos um estagiário remunerado dentro da Embrapa, o Sandy Ismael Scoloski, acadêmico do curso de Engenharia de Computação, responsável pelo desenvolvimento da nova versão do AphidCV. Essa inserção também permite um contato maior com os pesquisadores, e relacionar outras demandas para evoluir o software”, conta. 

Além dele, a pesquisa também conta com a participação do acadêmico do curso de Engenharia de Computação, e egresso do curso de Ciência da Computação, João Pedro Mazuco Rodriguez, voluntário no projeto desde 2018. Ele atua focado no treinamento da Inteligência Artificial, buscando uma maior precisão na classificação dos afídeos. “Atualmente, estamos num processo de transição de aplicação, migrando todo o software para uma linguagem de programação mais rápida e com maior suporte para inteligência artificial. A ideia é aumentar muito o desempenho. Além disso, estou trabalhando no treinamento de três outras novas espécies de afídeos”, comenta.

Para o acadêmico, o principal desafio de pensar essa nova versão do software está no desempenho e na melhora da inteligência artificial. “A parte de treinamento com uso de redes neurais tende a ser um desafio maior. Por se tratar de um método empírico (basicamente tentativa e erro na escolha de parâmetros dentro do algoritmo), toma muito tempo para treinar um classificador com uma acurácia alta”, reitera João Pedro. De acordo com o professor, ainda devem ocorrer mudanças na interface, para que seja mais intuitiva, e nas linguagens utilizadas.

Quando finalizado, o AphidCV 2, como vem sendo chamado, deverá estar disponível abertamente para que outros institutos de pesquisa tenham acesso ao software. “Estamos trabalhando em uma versão do software em inglês, para permitir seu uso de maneira universal, em outros países e por outros institutos internacionais de pesquisa. Nós já tivemos contato com pesquisadores do Rothamsted Research, no Reino Unido, além de uma empresa alemã, que demonstraram interesse em utilizar a plataforma. É uma porta aberta para o projeto avançar não somente no âmbito acadêmico, mas também na parte de indústria. Logo poderá ser um produto usado no mercado de defensivos, no mercado agrícola”, frisa o professor.

Pesquisa além da academia
Para o professor Rieder, essa parceria entre UPF e Embrapa propicia a continuidade e o nascimento de projetos de computação aplicada à agricultura, e permite também que funcionários da empresa busquem aprimoramento profissional por meio dos cursos de pós graduação. “Nós utilizamos essa parceria como um catalisador das pesquisas que desenvolvemos na Universidade. Esse contato com empresas e entidades abre a possibilidade de aproximação, não apenas para suporte, mas para uma rica troca de experiências”, ressalta. Na opinião dele, o grande desafio é mostrar que é possível desenvolver e aplicar a pesquisa não apenas no âmbito acadêmico, mas também em empresas e no campo profissional. “É mostrar para a comunidade que o nosso trabalho em pesquisa pode retornar como um produto econômico, com valor agregado para qualquer segmento de indústria, comércio, prestação de serviços, para Passo Fundo e região, ou para o mundo”, finaliza.

Sobre o projeto
O projeto “Plataforma integrada para monitoramento, simulação e tomada de decisão no manejo de epidemias causadas por vírus transmitidos por insetos” é uma iniciativa multi-institucional envolvendo universidades, institutos de pesquisa, empresas e fundações de pesquisa ligadas ao agronegócio. São realizados desde estudos básicos sobre a biologia e epidemiologia de insetos e patógenos, desenvolvimento de ferramentas computacionais para automatizar monitoramentos e análises de dados, até ensaios de campo para testar a aplicabilidade dos conhecimentos e ferramentas, visando uma agricultura com uso racional de insumos, economicamente viável e sustentável.

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