Inteligencia artificial para medir la forma de los organismos en el campo

Investigadores del grupo BioChenge del Departamento de Genética de la Universidad de Granada han desarrollado Theia, una herramienta basada en inteligencia artificial que permite medir de forma rápida y fiable las características morfológicas de los organismos directamente en el campo, utilizando únicamente un teléfono móvil de gama media y sin necesidad de conexión a Internet.

El estudio, que acaba de ser publicado en la revista Methods in Ecology and Evolution, ha sido dirigido por Cristobal Bragagnolo, Andrés Ferreira, Mohamed Abdelaziz y A. Jesús Muñoz Pajares, y aborda el denominado «cuello de botella fenotípico», la dificultad para obtener grandes cantidades de datos sobre la forma de los seres vivos con la misma rapidez con la que hoy se generan datos genómicos. La investigación, surgida a partir del Trabajo Fin de Grado de Cristobal Bragagnolo, estudiante de Biología de la UGR, demuestra que la automatización mediante inteligencia artificial conserva la precisión de los métodos tradicionales y abre la puerta a estudios de biodiversidad a gran escala.

Imagen 2. Cristóbal Bragagnolo, primer autor del estudio y desarrollador de Theia, la aplicación que mide la forma de las flores con inteligencia artificial desde el teléfono móvil. (Foto: Ellen den Boer)

El trabajo ha comparado las mediciones realizadas automáticamente por la inteligencia artificial con las efectuadas manualmente por especialistas en 268 ejemplares. La mayor parte de las diferencias observadas ha correspondido a diferencias biológicas reales entre los individuos, mientras que el efecto derivado de utilizar inteligencia artificial en lugar de mediciones manuales ha resultado muy pequeño. Los resultados obtenidos por la aplicación también se han contrastado con los producidos mediante programas científicos de referencia utilizados habitualmente en morfometría, con una concordancia prácticamente perfecta entre ambos sistemas.

Theia integra todo el proceso de análisis en un teléfono móvil, desde la toma de fotografías hasta el análisis de la forma de los organismos. El sistema utiliza inteligencia artificial para localizar automáticamente puntos de referencia sobre las estructuras biológicas fotografiadas, lo que evitagran parte del trabajo manual que tradicionalmente realizan los investigadores. El científico mantiene en todo momento el control sobre el proceso, ya que puede revisar los puntos identificados por la inteligencia artificial y corregirlos cuando sea necesario. La herramienta no pretende sustituir al investigador, sino automatizar las tareas más repetitivas y facilitar un trabajo más rápido y eficiente.

Trabajo de campo sin conexión ni infraestructuras costosas

Una de las ventajas más destacadas de la aplicación es que todo el proceso puede realizarse directamente en el teléfono móvil y sin conexión a Internet, lo que permite trabajar en lugares remotos donde no existen ordenadores, redes de datos o grandes infraestructuras científicas. Además, funciona en dispositivos móviles relativamente económicos, lo que facilita el acceso a esta tecnología a un mayor número de investigadores. Esta capacidad posibilita comprobar en el propio lugar de muestreo si las fotografías y los datos obtenidos tienen suficiente calidad antes de abandonar la zona de estudio.

Imagen 1. Tres pantallas de Theia, la app para Android desarrollada en la UGR: inicio (izquierda), flor de Erysimum con 32 puntos de referencia editables (centro) y análisis de forma de 30 flores (derecha). Todo el proceso se ejecuta en el teléfono sin necesidad de conexión. (Foto: Cristobal Bragagnolo)

La utilidad de Theia puede ser especialmente relevante en grandes campañas de seguimiento de la biodiversidad y en estudios prolongados durante años. Permitiría estudiar cómo cambia la forma de determinados organismos entre poblaciones, ambientes o momentos diferentes, y facilitaría la realización de muestreos coordinados por equipos científicos distribuidos en distintas regiones o países. La estandarización de las mediciones facilita además que los datos obtenidos por distintos investigadores puedan compararse y combinarse, lo que abre posibilidades para estudiar a gran escala las respuestas de los organismos frente a fenómenos ambientales como el cambio climático.

Aplicaciones inmediatas y proyección futura

Los resultados de esta investigación pueden tener una utilidad inmediata en ecología y evolución, al permitir obtener y analizar grandes cantidades de datos morfológicos directamente en el campo de forma rápida, estandarizada y reproducible. A medio plazo, la herramienta puede facilitar estudios con cientos o miles de individuos y el seguimiento de poblaciones a lo largo del tiempo, reduciendo una de las principales limitaciones actuales del estudio de la variación fenotípica. Su funcionamiento sin conexión y en teléfonos de bajo coste permite extender estas metodologías a zonas remotas y a equipos con recursos limitados.

A largo plazo, este tipo de herramientas podría favorecer también la creación de grandes redes de seguimiento de la biodiversidad y permitir estudiar cómo responden los organismos a cambios ambientales a escala regional o global. Su arquitectura podría adaptarse en el futuro a otros organismos y estructuras biológicas, ampliando sus aplicaciones en investigación ecológica y evolutiva. El trabajo, desarrollado íntegramente en la Universidad de Granada, demuestra que un teléfono móvil equipado con inteligencia artificial puede convertirse en una herramienta científica de campo y contribuye a superar una de las principales limitaciones actuales para estudiar la biodiversidad: la capacidad de medir de manera rápida y estandarizada la enorme variación fenotípica existente en la naturaleza.