Робототехника и ИИ могут помочь создать более здоровые пчелиные колонии, улучшая биоразнообразие и снабжение продовольствием. © 0 Лоренцо Бернини 0, Shutterstock.com

Роботизированные пчелы-репликанты нацеливаются на ничего не подозревающую королеву улья. Но в отличие от мятежных репликантов из фантастического триллера 1982 года Бегущий по лезвиюэти здесь, чтобы работать.

Сочетая миниатюрную робототехнику, искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение, план состоит в том, чтобы роботизированные пчелы стимулировали яйцекладку матки, например, кормя ее правильными продуктами в нужное время.

Выжить и процветать

«Мы планируем повлиять на всю экосистему, взаимодействуя только с одним животным, королевой», — сказал доктор Фаршад Арвин, робототехник и ученый-компьютерщик из Даремского университета в Великобритании. «Если мы сможем поддерживать такие действия, как откладывание яиц, в нужное время, мы ожидаем, что у нас будут более здоровые выводки и более активные и здоровые колонии. Это улучшит опыление».

В то время как это происходит на поверхности, трансформирующиеся роботы-корни, которые могут адаптироваться и взаимодействовать с настоящими растениями и грибами, усердно работают под землей. Там растения и их партнеры-грибы образуют обширные сети.

Эти роботизированные пчелы и корни разрабатываются двумя проектами, финансируемыми ЕС. Обе инициативы изучают, как искусственные версии живых существ, играющих ключевую роль в поддержании экосистем, могут помочь реальным организмам и окружающей их среде выживать и процветать, обеспечивая при этом изобилие пищи для людей.

«Если мы сможем поддерживать такие действия, как откладывание яиц, в нужное время, мы ожидаем, что выводки будут более здоровыми».

– Доктор Фаршад Арвин, RoboRoyale

Это может иметь решающее значение для долгосрочного будущего планеты, особенно с учетом того, что многие виды в настоящее время сталкиваются с резким сокращением популяции в результате угроз, включая потерю среды обитания, загрязнение и изменение климата.

Одной из тех, кто находится в группе риска, является медоносная пчела, ключевой вид опыления насекомыми. требуется для 75% посевов выращивается для еды человека во всем мире.

Подходит для королевы

РобоРояль проект, который возглавляет Арвин, сочетает микророботные, биологические и машинные технологии для обеспечения благополучия пчелиной матки. Проект финансируется программой Pathfinder Европейского инновационного совета.

По словам Арвина, уникальным аспектом RoboRoyale является то, что он сосредоточен исключительно на королеве, а не на всей колонии. Он сказал, что идея состоит в том, чтобы продемонстрировать, как поддержка одного ключевого организма может стимулировать производство во всей окружающей среде, потенциально затрагивая сотни миллионов организмов.

Система с несколькими роботами, которую команда надеется начать тестировать в ближайшие месяцы, со временем научится ухаживать за маткой, чтобы оптимизировать ее яйцекладку и выработку феромонов — химических запахов, влияющих на поведение улья.

Система внедряется в наблюдательные ульи из искусственного стекла в Австрии и Турции, при этом пчелы-репликанты предназначены для замены так называемых придворных пчел, которые обычно взаимодействуют с маткой.

Корм для выводков

Одна из целей заключается в том, что роботы-пчелы потенциально могут стимулировать откладку яиц, давая королеве определенные продукты, богатые белком, в нужное время для повышения этой активности. В свою очередь, ожидаемая выгода заключается в том, что в результате увеличение количества пчел и полетов за кормом будет означать более сильное опыление окружающей экосистемы для поддержки роста растений и животных.

Система позволяет управлять от шести до восьми роботизированных придворных пчел, некоторые из которых оснащены микрокамерами, внутри наблюдательного улья с помощью контроллера, прикрепленного к ним снаружи. Конечная цель — сделать робота-пчелу полностью автономным.

Концептуальный дизайн роботизированного контроллера RoboRoyale. © Фаршад Арвин, 2023

До этого команда RoboRoyale наблюдала за пчелиными матками в нескольких ульях, используя камеры с высоким разрешением и программное обеспечение для анализа изображений, чтобы лучше понять их поведение.

Команда зафиксировала более 150 миллионов образцов траекторий движения маток внутри улья и подробные кадры их социальных взаимодействий с другими пчелами. Сейчас он анализирует данные.

Исследователи RoboRoyale надеются, что после того, как полная роботизированная система будет достаточно протестирована, она будет способствовать пониманию потенциала биогибридных технологий не только у пчел, но и у других организмов.

«Это может привести к новому типу устойчивых технологий, которые положительно повлияют на окружающие экосистемы», — сказал Арвин.

Вуд Широкая паутина

Другой проект, Я-Вудисследует совершенно другой тип социальной сети — подпольной.

Ученые Итальянского технологического института (IIT) в Генуе изучают то, что они называют Wood Wide Web. Он состоит из корней растений, связанных друг с другом через симбиотическую сеть грибов, которые обеспечивают их питательными веществами и помогают им делиться ресурсами и общаться.

«Биомимикрия в робототехнике и технологиях будет играть фундаментальную роль в спасении нашей планеты».

– Доктор Барбара Маццолай, I-Wood

Чтобы лучше понять эти сети и найти способы стимулировать их рост, I-Wood разрабатывает мягкие, изменяющие форму роботизированные корни, которые могут адаптироваться и взаимодействовать с настоящими растениями и грибами. Идея заключается в том, чтобы роботизированный корень растения использовал миниатюрный 3D-принтер на кончике, чтобы позволить ему расти и разветвляться слой за слоем в ответ на такие факторы окружающей среды, как температура, влажность и доступные питательные вещества.

«Эти технологии помогут расширить знания об отношениях между симбионтами и хозяевами», — сказала доктор Барбара Маццолаи, робототехник ИИТ, возглавляющая проект.

У команды Маццолаи есть теплица, где выращивают рисовые растения, зараженные грибками. До сих пор исследователи отдельно изучали рост корней и грибов.

Вскоре они планируют объединить свои открытия, чтобы увидеть, как, когда и где происходит взаимодействие между ними и какие молекулы в нем участвуют.

Позже результаты могут быть использованы роботами I-Wood, чтобы помочь естественному симбиозу между грибами и корнями работать максимально эффективно. Команда надеется начать эксперименты с роботами в теплице к концу этого года.

По словам Маццолаи, роботизированные корни можно запрограммировать на автономное движение с помощью датчиков на их концах. Подобно тому, как настоящие корни или дождевые черви передвигаются под землей, они также будут искать проходы, через которые легче пройти из-за более мягкой или менее плотной почвы.

Твики торговли

Но есть проблемы в сочетании робототехники с природой.

Например, пчелы чувствительны к чужеродным предметам в своем улье и могут удалить их или покрыть воском. Это затрудняет использование таких элементов, как теги отслеживания.

По словам Арвина из RoboRoyale, пчелы стали более восприимчивыми после того, как команда изменила элементы меток, такие как их покрытие, материалы и запах.

Несмотря на эти проблемы, Арвин и Маццолаи считают, что робототехника и искусственный интеллект могут сыграть ключевую роль в поддержании экосистем и окружающей среды в долгосрочной перспективе. Для Маццолаи привлекательность технологий заключается в том, что они могут предложить более глубокий анализ малоизученных взаимодействий между растениями, животными и окружающей средой.

Например, с подземной паутиной корней растений и грибов, которая, как считается, имеет решающее значение для поддержания здоровых экосистем и ограничения глобального потепления за счет удержания углерода, роботизированные корни проекта могут помочь пролить свет на то, как мы можем защитить и поддержать эти естественные процессы.

«Биомимикрия в робототехнике и технологиях будет играть фундаментальную роль в спасении нашей планеты», — сказал Маццолай.

Эта статья была первоначально опубликована в Horizon, журнал ЕС по исследованиям и инновациям.