La acuicultura, especialmente el cultivo de salmón, ha crecido enormemente en las últimas décadas. Sin embargo, este crecimiento presenta desafíos únicos, especialmente en el monitoreo del bienestar de los peces en entornos de cultivo intensivo.
En las jaulas marinas noruegas, por ejemplo, puede haber hasta 200,000 salmones en una sola estructura, lo que dificulta enormemente la observación individual. Afortunadamente, la visión computarizada está emergiendo como una herramienta poderosa para superar estos obstáculos, permitiendo un monitoreo continuo, automatizado y no invasivo del estado de salud de los peces.
Los investigadores de la Norwegian University of Science and Technology, de la Norwegian University of Life Sciences (NMBU) y de SINTEF Ocean han utilizado tecnología de cámara combinada con inteligencia artificial para controlar y analizar las frecuencias respiratorias de los peces individuales.
¿Por qué es importante monitorear el bienestar de los peces?
El bienestar de los peces no es solo una preocupación ética. Los peces estresados o enfermos crecen más lentamente, son más susceptibles a enfermedades y tienen una menor calidad de carne. Monitorear su salud permite a los acuicultores tomar medidas preventivas y correctivas, optimizando la producción y reduciendo las pérdidas.
«La frecuencia respiratoria de los peces es importante porque nos proporciona información valiosa sobre su bienestar», dice el investigador de SINTEF Christian Schellewald.
La visión computarizada al rescate
La visión computarizada utiliza cámaras y algoritmos de inteligencia artificial para analizar imágenes y videos, extrayendo información valiosa sobre los peces. En lugar de depender de la observación humana, que es costosa, laboriosa y subjetiva, la visión computarizada ofrece una solución objetiva y escalable.
Se espera que la tecnología pueda contribuir a un tratamiento más humano de los salmones, a una menor manipulación, a menos intervenciones y a una menor tasa de mortalidad. La investigación se publicó recientemente en dos artículos científicos.
¿Cómo funciona?
Los sistemas de visión computarizada para la acuicultura generalmente constan de varios módulos:
- Detección y seguimiento: Se utilizan redes neuronales profundas para detectar peces individuales en los videos submarinos y seguir sus movimientos a lo largo del tiempo. Esto es crucial para analizar el comportamiento de cada pez a lo largo del tiempo.
- Análisis de características: Los algoritmos analizan características físicas y de comportamiento de los peces, como la frecuencia respiratoria, la apertura de la boca, la presencia de heridas o deformaciones, y la velocidad de nado.
- Estimación de la frecuencia respiratoria: Un método innovador es el análisis del movimiento de la boca de los peces para estimar su frecuencia respiratoria. Esto se logra mediante el análisis de flujo óptico, que mide el movimiento aparente de los objetos entre fotogramas sucesivos de un video. Este enfoque permite una medición no invasiva de la ventilación de los peces, que es un indicador clave de su estado metabólico y de estrés.
- Re-identificación: Se utilizan características únicas, como los patrones de melanina en la piel de los peces, para re-identificar individuos a lo largo del tiempo. Esto permite el seguimiento a largo plazo del bienestar de cada pez.
Ejemplos de aplicaciones
- SaBRE (Salmon Breathing Rate Estimation): Este sistema utiliza visión computarizada para estimar la frecuencia respiratoria de salmones individuales, monitoreando su respuesta a cambios ambientales como la disminución del oxígeno disuelto en el agua o la presencia de perturbaciones. Los experimentos han demostrado una correlación negativa entre la frecuencia respiratoria y el contenido de oxígeno, así como un aumento en la frecuencia respiratoria en respuesta a incidentes estresantes.
- Monitoreo de la apertura de la boca: Otro enfoque se centra en medir la frecuencia de apertura de la boca de los salmones como un indicador de su tasa de ventilación. Este método utiliza redes de detección de objetos para identificar características específicas del salmón, como la cabeza, los ojos, el hocico y la boca, y luego aplica análisis de flujo óptico a la región del hocico para evaluar las tasas de ventilación.
Respiración de los peces
“Gracias a algoritmos podemos reconocer a los peces y analizar al mismo tiempo sus movimientos respiratorios”, explica Schellewald.
Explica que la tecnología de la cámara es capaz de observar la respiración de un pez si este puede ver su boca. Por ello, los peces se filman horizontalmente, es decir, desde un lado.
El foco principal se centra en el hocico del pez, que se mueve a medida que las mandíbulas superior e inferior se abren y se cierran.
“Hemos descubierto que los niveles más bajos de oxígeno hacen que los salmones respiren más rápido. Observamos la misma reacción cuando aumentamos la temperatura del agua. El estrés también provoca un aumento de la frecuencia respiratoria”, afirma Judit Vas, bióloga del comportamiento de la NMBU.
La técnica proporciona a los investigadores un «ojo digital» que permite controlar varios peces al mismo tiempo. Esto es importante porque les proporciona más datos con los que trabajar.
Implicancias para la industria de la acuicultura
El objetivo del proyecto de investigación es mejorar nuestra comprensión del bienestar de los peces en diferentes condiciones ambientales.
“Al permitir que los criadores e investigadores controlen y analicen la frecuencia respiratoria de los peces a nivel individual, la tecnología puede ayudar a mejorar la calidad del salmón de piscifactoría”, afirma Schellewald.
“Puede que los peces tengan heridas visibles u otras lesiones, pero en este caso el pez ya está herido. La capacidad de detectar las señales de alarma en una fase más temprana representaría un gran avance para la industria. A su vez, esto probablemente conducirá a una reducción en el uso de medicamentos, menos intervenciones y menores tasas de mortalidad”, afirma Vas, cuyo trabajo ha despertado un gran interés en el sector.
De acuerdo con los estudios la visión computarizada tiene varias implicaciones importantes para la industria de la acuicultura:
- Monitoreo mejorado del bienestar de los peces. La visión computarizada permite un monitoreo continuo y automatizado del comportamiento y la salud de los peces, lo que permite a los acuicultores identificar y abordar rápidamente los problemas de bienestar. Esto es especialmente importante en las granjas de salmón, donde hay un gran número de peces y la observación individual es difícil.
- Detección temprana de problemas de salud. Al analizar los datos de la visión computarizada, los acuicultores pueden identificar signos tempranos de enfermedad o estrés en los peces, lo que les permite tomar medidas preventivas y reducir las pérdidas. Por ejemplo, los cambios en la frecuencia respiratoria pueden indicar hipoxia o enfermedad branquial.
- Optimización de las condiciones de cultivo. La visión computarizada puede ayudar a los acuicultores a optimizar las condiciones de cultivo para promover el crecimiento y el bienestar de los peces. Por ejemplo, el monitoreo de los niveles de oxígeno disuelto y la temperatura del agua, junto con los datos de la visión computarizada, puede ayudar a los acuicultores a ajustar los parámetros ambientales para garantizar condiciones óptimas para los peces.
- Reducción de la dependencia de la observación humana. La visión computarizada reduce la necesidad de observación humana, que es costosa, laboriosa y subjetiva. Esto permite a los acuicultores monitorear las poblaciones de peces de manera más eficiente y precisa.
- Mejora de la eficiencia de la alimentación. La visión computarizada se puede utilizar para monitorear el comportamiento de alimentación de los peces, lo que permite a los acuicultores optimizar las tasas de alimentación y reducir el desperdicio.
- Aumento de la sostenibilidad. Al mejorar el bienestar de los peces y optimizar las condiciones de cultivo, la visión computarizada puede contribuir a una acuicultura más sostenible. Esto es cada vez más importante a medida que la acuicultura busca satisfacer la creciente demanda mundial de productos del mar.
- Viabilidad económica. La visión artificial, junto con el aprendizaje automático, representa una solución rentable y eficiente para la observación automatizada y no invasiva del salmón.
Desafíos y futuro
A pesar de su potencial, la visión computarizada en la acuicultura enfrenta desafíos como las condiciones de iluminación variables, la turbidez del agua y la superposición de peces. Sin embargo, los avances en algoritmos de aprendizaje profundo y el desarrollo de cámaras subacuáticas más robustas están superando estos obstáculos.
En el futuro, se espera que la visión computarizada juegue un papel aún más importante en la acuicultura, permitiendo la detección temprana de enfermedades, la optimización de la alimentación y la mejora general del bienestar de los peces. Esta tecnología tiene el potencial de transformar la acuicultura en una industria más eficiente, sostenible y ética.
Conclusión
La visión computarizada es una herramienta prometedora y cada vez más importante para el monitoreo del bienestar de los peces en la acuicultura. Permite la observación automatizada, continua y no invasiva de grandes poblaciones de peces, superando las limitaciones de los métodos tradicionales basados en la observación humana.
El análisis de la frecuencia respiratoria, ya sea a través del movimiento de la mandíbula o de los opérculos, es un indicador clave del estado de bienestar y salud de los peces. La visión computarizada permite medir este parámetro de forma objetiva y continua, lo que facilita la detección temprana de problemas como estrés, hipoxia o enfermedades branquiales.
A pesar de los avances, la visión computarizada en la acuicultura aún enfrenta desafíos, como las condiciones de iluminación variables, la turbidez del agua y la necesidad de algoritmos robustos para el seguimiento individual de los peces. Sin embargo, la investigación continua y el desarrollo de nuevas tecnologías están superando estos obstáculos.
La implementación exitosa de sistemas de visión computarizada en la acuicultura tiene el potencial de mejorar significativamente la eficiencia, la sostenibilidad y la ética de esta industria. Al proporcionar información valiosa sobre el estado de los peces, esta tecnología permite a los acuicultores optimizar las condiciones de cultivo, reducir las pérdidas y mejorar el bienestar general de los animales.
Referencias
Høgstedt, E. B., Schellewald, C., Mester, R., & Stahl, A. (2025). Automated computer vision based individual salmon (Salmo salar) breathing rate estimation (SaBRE) for improved state observability. Aquaculture, 595, 741535. https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2024.741535
Schellewald, C., Saad, A., & Stahl, A. (2024). Mouth Opening Frequency of Salmon from Underwater Video Exploiting Computer Vision. IFAC-PapersOnLine, 58(20), 313-318. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2024.10.072
