Роботизированная система показана в экспериментальном улье. © Лаборатория искусственной жизни/U. Грац/Хивеополис

Селия Лютербахер

Медоносные пчелы очень привередливы, когда дело доходит до изучения. Исследовательские инструменты, условия и даже незнакомые запахи могут нарушить поведение колонии. Теперь совместная исследовательская группа из Группа мобильных робототехнических систем в Инженерной школе EPFL и Школе компьютерных и коммуникационных наук, а также Хивеополис проекта австрийского Университета Граца разработали роботизированную систему, которую можно незаметно встроить в рамку стандартного пчелиного улья.

Система, состоящая из множества термодатчиков и приводов, измеряет и модулирует поведение медоносных пчел за счет локальных колебаний температуры.

«Многие правила пчелиного общества — от коллективных и индивидуальных взаимодействий до выращивания здорового расплода — регулируются температурой, поэтому мы использовали это для нашего исследования», — объясняет аспирант EPFL Рафаэль Бармак, первый автор статьи о системе, недавно опубликованной в Научная робототехника. «Тепловые датчики создают моментальный снимок коллективного поведения пчел, а приводы позволяют нам влиять на их движение, модулируя тепловые поля».

«Предыдущие исследования температурного поведения медоносных пчел зимой основывались на наблюдении за пчелами или изменении температуры наружного воздуха», — добавляет Мартин Стефанек из Университета Граца. «Наша роботизированная система позволяет нам изменять температуру внутри скопления, имитируя нагревательное поведение пчел-ядер и позволяя нам изучать, как зимнее скопление активно регулирует свою температуру».

«Биогибридный суперорганизм» для смягчения коллапса колонии

Пчелиные семьи сложно изучать зимой, поскольку они чувствительны к холоду, и открытие их ульев может нанести им вред, а не повлиять на их поведение. Но благодаря биосовместимой роботизированной системе исследователей они смогли зимой изучить три экспериментальных улья, расположенных в лаборатории искусственной жизни в Университете Граца, и управлять ими удаленно из EPFL. Внутри устройства центральный процессор координировал датчики, отправлял команды на приводы и передавал данные ученым, демонстрируя, что систему можно использовать для изучения пчел без вмешательства или даже камер.

Глава группы мобильных робототехнических систем Франческо Мондада объясняет, что одним из наиболее важных аспектов системы, которую он называет «биогибридным суперорганизмом» из-за сочетания робототехники с колонией индивидуумов, действующих как живое существо, является ее способность одновременно наблюдать и влиять на поведение пчел.

«Собрав данные о положении пчел и создав в улье более теплые участки, мы смогли побудить их передвигаться так, как они обычно никогда не делают в природе зимой, когда они, как правило, собираются вместе для экономии энергии. Это дает нам возможность действовать от имени колонии, например, направляя ее к источнику пищи или препятствуя ее разделению на слишком маленькие группы, которые могут угрожать ее выживанию».

Роботизированная система показана в экспериментальном улье. © MOBOTS / EPFL / Хивеополис

Ученые смогли продлить выживание колонии после смерти ее королевы, распределяя тепловую энергию через приводы. Способность системы смягчить коллапс колонии может повлиять на выживаемость пчел, которая становится все более серьезной проблемой для окружающей среды и продовольственной безопасности, поскольку глобальная популяция опылителей сокращается.

Невиданное ранее поведение

В дополнение к своему потенциалу для поддержки колоний, система пролила свет на поведение медоносных пчел, которое никогда не наблюдалось, открывая новые возможности в биологических исследованиях.

«Локальные тепловые стимулы, создаваемые нашей системой, выявили ранее не зарегистрированную динамику, которая порождает новые захватывающие вопросы и гипотезы», — говорит постдокторский исследователь EPFL и автор-корреспондент Роб Миллс. «Например, в настоящее время ни одна модель не может объяснить, почему мы смогли побудить пчел пересечь некоторые «долины» с низкой температурой внутри улья».

Теперь исследователи планируют использовать систему для изучения пчел в летнее время, которое является критическим периодом для выращивания молодняка. Параллельно с этим группа мобильных робототехнических систем исследует системы, использующие вибрационные пути для взаимодействия с пчелами.

«Биологический аспект этой работы имеет решающее значение: тот факт, что пчелы приняли интеграцию электроники в улей, дает нашему устройству большой потенциал для различных научных или сельскохозяйственных приложений», — говорит Мондада.

Эта работа была поддержана проектом ЕС H2020 FET HIVEOPOLIS (№ 824069), координируемым Томасом Шмиклем, и Поле передового опыта COLIBRI (Сложность жизни в фундаментальных исследованиях и инновациях) в Университете Граца.