В условиях сокращения пчелиных семей ученые вооружают маток роботами и умными ульями.

Авторы сценария Фаршад Арвин, Мартин Стефанек и Томаш Крайник.

Будь то новости или уменьшающееся количество существ, ударяющихся о ваше лобовое стекло, от вас не ускользнет тот факт, что мир насекомых находится в плохом состоянии.

За последние три десятилетия глобальная биомасса летающих насекомых снизилась. 75%. Одной из наиболее заметных жертв этой тенденции стал самый важный в мире опылитель – медоносная пчела. в Соединенных Штатах Америки, 48% семей медоносных пчел погибли. Только в 2023 году это второй самый смертоносный год за всю историю наблюдений. Эта значительная потеря частично связана с синдромом коллапса пчелиных семей (CCD), внезапным исчезновением пчел. Напротив, европейские страны сообщили о более низких, но все же тревожных темпах потерь колоний. От 6% до 32%.

Этот спад приводит к тому, что многие из наших основных продовольственных культур не опыляются, и это явление угрожает нашему обществу. Продовольственная безопасность.

Развенчание научно-фантастического мифа о роботах-пчелах

Итак, что может быть сделано? Грант Роль пестицидов в упадке пчелиных семейОбычно предлагаемые решения включают в себя: Переход от индустриального сельского хозяйства и в сторону меньшего количества пестицидов и более устойчивых форм сельского хозяйства.

Другие склонны смотреть в сторону конца научной фантастики, а некоторые ученые полагают, что в конечном итоге мы сможем заменить живых медоносных пчел пчелами-роботами. Такие искусственные пчелы могли бы взаимодействовать с цветами, как естественные насекомые, поддерживая уровень опыления, несмотря на сокращение числа естественных опылителей. Идея об искусственных опылителях способствовала созданию гениальных конструкций. Роботы размером с насекомое, способные летать.

На самом деле, такие изобретения более эффективны для ознакомления нас с воображением инженеров, чем для возрождения пчелиных семей, поэтому шансы на их реализацию очень малы. Во-первых, эти искусственные опылители должны быть оборудованы не только для полета. Ежедневные задачи, выполняемые обычными пчелами, включают поиск растений, идентификацию цветов, незаметное взаимодействие с ними, обнаружение источников энергии, уклонение от потенциальных хищников и борьбу с неблагоприятными погодными условиями. Роботам придется делать все эти вещи в дикой природе с очень высокой степенью надежности, поскольку любой неисправный или отсутствующий робот может привести к повреждению и распространению загрязнения. Во-вторых, еще неизвестно, способны ли наши технологические знания вообще создавать такие изобретения. Не говоря уже о цене роя роботов, способных заменить опыление, обеспечиваемое одной пчелиной семьей.

Внутри умной клетки

Вместо того, чтобы пытаться заменить медоносных пчел роботами, два наших последних проекта, финансируемых ЕС, предполагают, что роботы и медоносные пчелы действительно сотрудничают. В случае успеха испытывающие трудности семьи медоносных пчел могут быть преобразованы в биогибридные образования, состоящие из биологических и технологических компонентов с взаимодополняющими навыками. Мы надеемся, что это усилит и обеспечит рост населения колоний, поскольку все больше пчел переживут суровые зимы и произведут больше собирателей для опыления окружающих экосистем.

Первый из этих проектов Гефеополь, исследует, как сложное, децентрализованное принятие решений в пчелиной семье осуществляется с помощью цифровых технологий. Испытания начались в 2019 году и завершатся в марте 2024 года. Технология будет продемонстрирована в трех наблюдательных ульях, каждый из которых содержит 4000 пчел, в отличие от 40 000 пчел в обычной колонии.

Внутри этого умного дома для медоносных пчел соты оснащены встроенными датчиками температуры и обогревателями, что позволяет пчелам создавать идеальные условия внутри семьи. Поскольку пчелы, как правило, живут в более теплых местах, соты также позволяют нам направлять их в разные части улья. Как будто этого контроля было недостаточно, ульи также оснащены системой электронных ворот, которые отслеживают перемещения насекомых. Оба метода позволяют нам определить, где пчелы хранят мед и пыльцу, а также когда они освобождают соты, чтобы мы могли собрать мед. И последнее, но не менее важное: умный улей содержит танцующего робота-пчелу, который может направлять пчел-собирателей к участкам, где находятся растения для опыления.

Учитывая небольшой масштаб эксперимента, невозможно сделать выводы о том, насколько наши методики способствуют предотвращению гибели пчел. Однако нет никаких сомнений в том, что то, что мы увидели до сих пор, дает повод для оптимизма. Мы можем с уверенностью заявить, что наши умные ульи позволили пчелиным семьям пережить сильные холода зимой, что в противном случае было бы невозможно. Точная оценка количества пчел, спасенных с помощью этих методов, потребует расширения исследования и включения сотен семей.

Побалуйте пчелиную матку

Наш второй проект, финансируемый ЕС, RoboRoyale, фокусируется на пчелиной матке и ее пчелах на скотном дворе, в данном случае роботы постоянно контролируют и взаимодействуют с Ее Королевским Высочеством.

К 2024 году мы оснастим каждый улей группой из шести роботов размером с пчелу, которые будут заботиться и кормить матку медоносных пчел, влияя на количество яиц, которые она откладывает. Некоторые из этих роботов будут оснащены крошечными насосами маточного молочка для их кормления, в то время как другие будут иметь совместимые микроактуаторы для ухода за ними. Затем эти роботы будут связаны с более крупной роботизированной рукой, оснащенной инфракрасными камерами, которые будут постоянно следить за королевой и ее окружением.

Как свидетельствует изображение справа и ниже, нам уже удалось успешно внедрить роботизированную руку в живую колонию. Там он непрерывно следил за королевой и определял ее местонахождение с помощью оптических раздражителей.

Имитация рабочих пчел

На втором этапе есть надежда, что роботы размером с пчелу и роботизированные руки смогут имитировать поведение рабочих пчел, поскольку самки пчел не способны воспроизводить потомство, заботиться о матке и кормить ее маточным молочком. Богатое водой, белками, углеводами, жирами, витаминами и минералами, это питательное вещество, выделяемое железами рабочих пчел, позволяет королеве откладывать до тысяч яиц ежедневно.

Рабочие пчелы также участвуют в чистке матки, заключающейся в ее облизывании. Во время этих взаимодействий они собирают часть феромонов королевы и распределяют их по всей колонии по мере продвижения по улью. Присутствие этих феромонов контролирует поведение многих колоний и предупреждает колонию о присутствии королевы. Например, если королева умирает, новую королеву необходимо быстро вырастить из яйца, отложенного покойной маткой, оставляя лишь небольшой промежуток времени для реагирования колонии.

Наконец, считается, что рабочие пчелы могут также выступать в качестве проводников для королевы, заставляя ее откладывать яйца в определенные сотовые ячейки. Размер этих клеток может определить, отложит ли матка диплоидное или гаплоидное яйцо, в результате чего пчела превратится либо в трутня (самца), либо в рабочую пчелу (самку). Взятие на себя этих функций управления может повлиять на всю скорость воспроизводства ставки.

Как роботы могут предотвратить каннибализм пчел

Это могло бы иметь еще один положительный эффект: предотвращение каннибализма.

В трудные времена, например, во время длительных дождей, пчелам приходится довольствоваться небольшим количеством пыльцы. Это заставляет их кормить молодых личинок старших личинок, чтобы у старших личинок был хотя бы шанс выжить. С помощью RoboRoyale мы будем не только стремиться снизить вероятность такого поведения, но и определить степень, в которой оно происходит при нормальных обстоятельствах.

В конечном итоге роботы позволят нам углубить понимание очень сложных регуляторных процессов в семьях медоносных пчел с помощью новых экспериментальных процедур. Информация, полученная в результате этих новых направлений исследований, будет иметь важное значение для лучшей защиты этих ценных социальных насекомых и обеспечения адекватного опыления в будущем – а это рискованное предприятие для продовольственной безопасности.

Эта статья является результатом сотрудничества с The Conversation. ГоризонтЖурнал исследований и инноваций Европейского Союза.

Фаршад Арвин — сотрудник факультета компьютерных наук Даремского университета в Великобритании. Исследования Фаршада Арвина в основном финансируются программами ЕС H2020 и Horizon Europe.

Мартин Стефаник — сотрудник Института биологии Университета Граца. Он получил финансирование в рамках программ ЕС H2020 и Horizon Europe.

Томас Крайник — член Института инженеров по электротехнике и электронике (IEEE). Исследования Томаса Крайника в основном финансируются программой Европейского Союза H2020 и Чешским национальным научным фондом.

Теги: C- Исследования и инновации