Susidūrę su mažėjančiomis bičių šeimomis, mokslininkai apginkluoja motinėles robotais ir išmaniaisiais aviliais

Farshad Arvin, Martin Stefanec ir Tomas Krajnik

Nesvarbu, ar tai būtų naujienos, ar mažėjantis būtybių skaičius, atsitrenkiantis į jūsų priekinius stiklus, tikrai neišvengsite, kad vabzdžių pasaulis yra prastos būklės.

Per pastaruosius tris dešimtmečius pasaulinė skraidančių vabzdžių biomasė sumažėjo 75 %. Tarp žymiausių šios tendencijos aukų yra svarbiausias pasaulyje apdulkintojas – bitės. Jungtinėse Amerikos Valstijose 48% naminių bičių šeimų mirė vien tik 2023 m., todėl tai buvo antri daugiausiai aukų pareikalavę metai. Šį didelį praradimą iš dalies lėmė kolonijų žlugimo sutrikimas (CCD), staigus bičių išnykimas. Priešingai, Europos šalys praneša apie mažesnius, bet vis dar nerimą keliančius kolonijų praradimo rodiklius, svyruoja nuo 6% iki 32%.

Dėl šio nuosmukio daugelis svarbiausių maistinių kultūrų yra nepakankamai apdulkinami, o tai kelia grėsmę mūsų visuomenei. maisto saugumas.

Panaikiname mokslinės fantastikos mitą apie robotas bites

Taigi, ką galima padaryti? Duota pesticidų vaidmuo mažinant bičių šeimų skaičiųdažniausiai siūlomi sprendimai perėjimas nuo pramoninio ūkininkavimo ir link mažiau pesticidų naudojančių, tvaresnių žemės ūkio formų.

Kiti linkę žiūrėti į mokslinės fantastikos pabaigą, o kai kurie mokslininkai įsivaizduoja, kad galiausiai gyvas bites galėtume pakeisti robotinėmis. Tokios dirbtinės bitės galėtų sąveikauti su gėlėmis kaip natūralūs vabzdžiai, išlaikydamos apdulkinimo lygį, nepaisant mažėjančio natūralių apdulkintojų skaičiaus. Dirbtinių apdulkintojų vizija prisidėjo prie išradingo dizaino vabzdžių dydžio robotai, galintys skristi.

Tiesą sakant, tokie išradimai veiksmingiau moko mus apie inžinierių fantazijas, nei atgaivina bičių kolonijas, todėl jų realizavimo perspektyvos yra menkos. Pirma, šie dirbtiniai apdulkintojai turėtų būti aprūpinti daug daugiau nei tik skraidyti. Kasdienės bitės atliekamos augalų paieškos, žiedų atpažinimas, nepastebimas bendravimas su jais, energijos šaltinių nustatymas, galimų plėšrūnų nutvijimas, susidorojimas su nepalankiomis oro sąlygomis. Robotai turėtų visa tai atlikti laukinėje gamtoje labai patikimai, nes bet koks sugedęs ar pamestas robotas gali padaryti žalos ir paskleisti taršą. Antra, belieka išsiaiškinti, ar mūsų technologinės žinios būtų pajėgios pagaminti tokius išradimus. Tai net neužsimenama apie būrio robotų, galinčių pakeisti vienos bičių kolonijos apdulkinimą, kainos etiketę.

Išmaniojo avilio viduje

Užuot bandę pakeisti namines bites robotais, mūsų du naujausi projektai, finansuojami Europos Sąjungos, siūlo, kad robotai ir bitės iš tikrųjų susijungtų. Jei tai pavyktų, sunkiai besiverčiančios naminių bičių kolonijos galėtų virsti biohibridiniais dariniais, susidedančiais iš biologinių ir technologinių komponentų, turinčių vienas kitą papildančių įgūdžių. Tikimasi, kad tai paskatins ir užtikrins kolonijų populiacijos augimą, nes daugiau bičių išgyvena atšiauriomis žiemomis ir duos daugiau pašarų ieškotojų, kad apdulkintų aplinkines ekosistemas.

Pirmasis iš šių projektų, Hiveopolistiria, kaip sudėtingą decentralizuotą sprendimų priėmimo mechanizmą bičių kolonijoje gali paveikti skaitmeninės technologijos. Pradėtas 2019 m. ir baigtis 2024 m. kovą, eksperimentas įdiegia technologijas trijuose stebėjimo aviliuose, kurių kiekviename yra 4 000 bičių, priešingai nei 40 000 bičių įprastoje kolonijoje.

Šiuose išmaniuosiuose bičių namuose koriuose yra integruoti temperatūros jutikliai ir šildymo įrenginiai, leidžiantys bitėms mėgautis optimaliomis sąlygomis kolonijos viduje. Kadangi bitės linkusios prisiglausti prie šiltesnių vietų, koriai taip pat leidžia nukreipti jas į skirtingas avilio vietas. Ir lyg tos kontrolės būtų negana, aviliuose taip pat sumontuota elektroninių vartelių sistema, kuri stebi vabzdžių judesius. Abi technologijos leidžia nuspręsti, kur bitės laiko medų ir žiedadulkes, bet ir kada jos atlaisvina korius, kad galėtume surinkti medų. Paskutinis, bet ne mažiau svarbus dalykas – išmaniajame avilyje yra robotas šokantis bitė, kuri gali nukreipti besimaitinančias bites į apdulkinamus augalus.

Dėl nedidelio eksperimento masto neįmanoma padaryti išvadų, kiek mūsų technologijos galėjo užkirsti kelią bičių nuostoliams. Tačiau beveik nekyla abejonių tai, ką iki šiol matėme, suteikia vilčių. Galime užtikrintai teigti, kad mūsų išmanieji aviliai leido šeimoms žiemą išgyventi didelius šalčius taip, kaip kitaip nebūtų įmanoma. Norint tiksliai įvertinti, kiek bičių išgelbėjo šios technologijos, reikės išplėsti eksperimentą iki šimtų kolonijų.

Bičių motinėlės lepinimas

Mūsų antrasis ES finansuojamas projektas „RoboRoyale“ yra skirtas bičių karalienei ir jos kiemo bitėms, o robotai šiuo atveju nuolat stebi ir bendrauja su jos Karališkąją Didenybe.

Atėjus 2024 m., kiekviename avilyje įrengsime šešių bitės dydžio robotų grupę, kuri tvarkys ir maitins bičių karalienę, kad paveiktų jos dedamų kiaušinėlių skaičių. Kai kuriuose iš šių robotų bus įrengtos bičių pienelio mikropompos, skirtos jai maitinti, o kituose – suderinamos mikropavaros, skirtos jai prižiūrėti. Tada šie robotai bus prijungti prie didesnės robotinės rankos su infraraudonųjų spindulių kameromis, kurios nuolat stebės karalienę ir jos apylinkes.

Kaip liudija nuotrauka dešinėje ir žemiau, mes jau galėjome sėkmingai pristatyti roboto ranką gyvoje kolonijoje. Ten ji nuolat stebėjo karalienę ir šviesos dirgikliu nustatydavo jos buvimo vietą.

Bičių darbininkių imitavimas

Tikimasi, kad antrajame etape bitės dydžio robotai ir robotinė ranka sugebės pamėgdžioti darbininkų elgesį – bičių patelių, neturinčių dauginimosi galimybių, kurios rūpinasi karaliene ir maitina jos bičių pieneliu. Turtinga vandens, baltymų, angliavandenių, lipidų, vitaminų ir mineralų, ši maistinga medžiaga, kurią išskiria bičių darbininkių liaukos, leidžia motinai dėti iki tūkstančių kiaušinių per dieną.

Bitės darbininkės taip pat užsiima motinėlės valymu, o tai reiškia, kad ją laižo. Tokios sąveikos metu jie surenka dalį karalienės feromonų ir, judėdami per avilį, paskirsto juos po visą koloniją. Šių feromonų buvimas kontroliuoja daugelį kolonijų elgesio ir praneša kolonijai apie karalienės buvimą. Pavyzdžiui, karalienės mirties atveju nauja motinėlė turi būti greitai išauginta iš velionės karalienės padėtų kiaušinių, paliekant tik siaurą laiko langą kolonijai reaguoti.

Galiausiai, manoma, kad bitės darbininkės taip pat gali veikti kaip karalienės vedlys, verčiančios ją dėti kiaušinius į tam tikras korių ląsteles. Šių ląstelių dydis gali nustatyti, ar motinėlė deda diploidinį ar haploidinį kiaušinį, todėl bitė virsta trane (patinu) arba darbininke (patele). Šių vadovaujančių pareigų perėmimas gali turėti įtakos ne mažiau nei visam normos reprodukcijos rodikliui.

Kaip robotai gali užkirsti kelią bičių kanibalizmui

Tai gali turėti kitą teigiamą poveikį: užkirsti kelią kanibalizmui.

Sunkiais laikais, pavyzdžiui, ilgai lyjant, bitės turi tenkintis su nedideliu žiedadulkių suvartojimu. Tai verčia juos jaunomis lervomis maitinti senesnes, kad bent vyresnės lervos turėtų galimybę išgyventi. Naudodami RoboRoyale sieksime ne tik sumažinti tokio elgesio tikimybę, bet ir kiekybiškai įvertinti, kiek jis vyksta įprastomis sąlygomis.

Galiausiai mūsų robotai leis mums gilinti supratimą apie labai sudėtingus reguliavimo procesus naminių bičių kolonijų viduje taikant naujas eksperimentines procedūras. Įžvalgos, gautos iš šių naujų tyrimų, bus reikalingos siekiant geriau apsaugoti šiuos vertingus socialinius vabzdžius ir užtikrinti pakankamą apdulkinimą ateityje – tai didelė maisto saugos įmonė.

Šis straipsnis yra „The Conversation“ bendradarbiavimo su HorizontasES mokslinių tyrimų ir inovacijų žurnalas.

Farshadas Arvinas yra Durhamo universiteto JK Kompiuterių mokslų katedros narys. Farshad Arvin moksliniai tyrimai pirmiausia finansuojami ES H2020 ir Europos horizonto programų lėšomis.

Martinas Stefanecas yra Graco universiteto Biologijos instituto narys. Jis gavo finansavimą iš ES programų „H2020“ ir „Europos horizontas“.

Tomas Krajnik yra Elektros ir elektronikos inžinierių instituto (IEEE) narys. Tomo Krajniko moksliniai tyrimai daugiausia finansuojami ES H2020 Horizon programos ir Čekijos nacionalinio mokslo fondo lėšomis.

žymos: c-Moksliniai tyrimai-Inovacijos