Роботизированные медоносные пчёлы и ульи

Роботы, которые способны следить за условиями в улье, исполнять виляющие танцы пчёл или даже проникать во двор королевы, могут помочь учёным оказывать влияние на поддержание здоровья колонии.

Что-то шло не так как следует, но Томас Шмикл не мог понять что именно. Это был 2007 год, и австрийский биолог провёл часть года в Государственном университете Восточного Теннесси. Когда он совершал свою ежедневную прогулку через поля к университетскому городку, «это было неприятно», — делится он своими впечатлениями. «И я не понимал, почему, пока не услышал шмеля». Он понял, что его недовольство возникало в следствие отсутствия звуков, издаваемых насекомыми. «Я вытаскивал профессоров биологии из здания и говорил: «Посмотрите в небо — там ничего не летает!», — вспоминает он.

Шмикл, который сейчас возглавляет Лабораторию искусственной жизни в Университете Граца в Австрии, не ошибся. С тех пор исследования в различных частях мира показали, что популяции насекомых сокращаются или изменяются. Проработав несколько лет в области роевой робототехники, используя природу для вдохновения создания роботов, Шмикл решил перевернуть свою работу и разработать роботов, чтобы помочь природе. Эту концепцию он называет взломом экосистемы. Он сосредоточен на пчёлах.

Некоторые компании уже предлагают усовершенствованные ульи, которые следят за условиями внутри или даже роботизированно ухаживают за пчёлами. Теперь Шмикл и его коллеги хотят пойти ещё дальше и использовать технологии для управления поведением насекомых.

«Общаясь с роем», Команда Шмикла строит прототипы ульев в рамках проекта Hiveopolis, финансируемого Европейским союзом. Один из ульев группы напоминает стилизованный ствол дерева, похожий на полое дерево, где в природе могут гнездиться медоносные пчёлы. По словам Шмикла, чтобы использовать экологически чистые материалы, этот улей сделан из глины, напечатанной на 3D-принтере, и из грибков, выращенных на переработанной кофейной гуще. Прототипы ульев оснащены датчиками и камерами, а также устройствами, которые могут создавать вибрацию внутри улья и регулировать температуру или поток воздуха. Такие инструменты могли бы в конечном итоге направлять движение пчёл: эксперименты Шмикла показали, что вибрация замедляет пчёл, а движение воздуха побуждает их отстраняться.

Сотрудник Hiveopolis Тим Ландграф, профессор искусственного и коллективного интеллекта в Свободном университете Берлина в Германии, работает над другим видом инструмента для этих ульев: роботизированной танцующей пчелой. Когда настоящие медоносные пчёлы возвращаются с кормёжки, они исполняют характерный «танец виляния», сообщающий о местонахождении пищи. Другие пчёлы присоединяются к танцам собирателей, и когда достаточное количество пчёл танцуют один и тот же танец, они вылетают на поиски еды. «Это своего рода опрос общественного мнения», — говорит Шмикл.

В более раннем исследовании Ландграф сконструировал робота, который мог исполнять виляющий танец настолько убедительно, что другие пчёлы следовали за ним и, по крайней мере, иногда летали в указанном роботом направлении. Теперь он готовится протестировать улучшенную версию виляющего робота и выяснить, может ли он направлять медоносных пчёл к источнику пищи.

Робот не очень похож на пчелу для человеческого глаза. Его тело представляет собой просто маленькую гибкую трубку с развевающимся «крылом». Но он подключён к двигателю за пределами улья, который может управлять им и перемещать его по «танцполу» улья.

Или люди могли бы направить медоносных пчёл подальше от участка, предназначенного для диких пчёл.

Группа Ландграфа также создала систему, которая может наблюдать за настоящими танцами медоносных пчёл и отображать их на карте. Когда-нибудь камеры внутри улья смогут следить за танцующими пчёлами, чтобы следить за тем, где насекомые кормятся. Если колония заболеет в результате воздействия пестицида или другого токсина, люди смогут выяснить, где произошло это воздействие. «Таким образом, вы можете использовать пчёл в качестве детектора вредных веществ в окружающей среде», — говорит Шмикл.

В рамках другого проекта ЕС под названием RoboRoyale Шмикл и другие надеются использовать роботов-пчёл, чтобы влиять на матку и тем самым улучшать приспособленность всей колонии. Идея состоит в том, чтобы роботы проникли в группу ближайших прислужников королевы. Теоретически пчёлы-самозванцы могли бы заставить королеву откладывать больше яиц, кормя её более богатой белком пищей. Или они могли бы сделать её яйцекладку более эффективной, направив к участкам гнезда, где уже подготовлены клетки для детёнышей.

Шмикл ещё не начал тестировать эти идеи в лаборатории; он всё ещё работает над внедрением потенциальных материалов для роботов в ульи и наблюдает, не нападают ли на них рабочие пчёлы. «Пчёлы разборчивы в том, какие оюъекты они принимают в свой улей», — говорит он.

Элина Л. Ниньо, адъюнкт-профессор кооперативного пчеловодства Калифорнийского университета в Дэвисе, говорит, что на данный момент методы европейских проектов не имеют очевидного применения в коммерческом пчеловодстве в Соединенных Штатах. Пчеловоды, с которыми она работает, «просто посмеются над этим», — говорит Ниньо. Во-первых, фермеры и пчеловоды в Калифорнии тесно сотрудничают. Перед опрыскиванием посевов пчеловоды предупреждают других пчеловодов — шестиногие детекторы пестицидов не требуются. И она не уверена, что вырастить больше детёнышей из улья так же просто, как кормить матку белком.

Однако «с исследовательской точки зрения», добавляет Ниньо, европейская работа «очень интересна». Например, наблюдение за тем, как медоносные пчёлы взаимодействуют с виляющим роботом, может дать учёным новое понимание пчелиного общения. Она также считает, что технологии, которыми занимаются Шмикл и его коллеги, могут быть более привлекательными для любителей, чем для профессионалов.

Шмикл говорит, что одной из его целей является сделать пчеловодство более привлекательным и доступным: например, если бы пчёл можно было заставить покинуть определённые соты, пользователь мог бы получить к ним доступ, не нуждаясь в защитном снаряжении. «Неважно, используют ли его пчеловоды или хипстеры-любители на своём балконе, мне всё равно», — говорит Ландграф. «Люди начинают осознавать, насколько важна природа», — добавляет он.

Можно думать о технологии как об противоположном конце спектра от природы, но это не обязательно должно быть правдой: «Это должен быть интерфейс, который расширяет наши возможности и возможности природы».