Медоносните пчели са изключително териториални, така че ключов аспект на дизайна на роботизираната система е да ги излъже и да я приемат като нормална част от техния кошер…
Интерактивната роботика е сравнително нова област на изследване, но за кратко време тя премина от просто изпълнение на предварително програмирани повтарящи се задачи към по-сложни дейности, включително взаимодействия с живи същества. Биосъвместимите и биомиметичните роботи, например, все повече се използват за изследване на животни и растения.
Роботизираните системи Animal-in-the-loop са особено ефективни за изучаване на колективно поведение, което по принцип е предизвикателство за традиционните методи. Тези системи не само предоставят нови разкрития за поведението на животните и проучванията за тяхното опазване. Те също така насърчават иновациите в инженерството на роботиката. Скорошно сътрудничество между Swiss École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) и Университета Грац в Австрия демонстрира колко ефективни могат да бъдат системите Animal-in-the-loop, разработвайки роботизирана система, маскирана като лист от пчелна пита, интегрирана след това в медоносна пчелна колония.
С роботизираната система изследователите изследваха три колонии от европейска медоносна пчела (Apis mellifera) през зимните месеци на 2020 и 2021 г. Те успяха да проучат поведението на колективната терморегулация в колонията, да повлияят на движението на пчелите в кошера чрез модулиране на температурите и забелязаха нови модели на движение. Групата публикува своите открития през март в Science Robotics.
„По принцип нашето устройство е странна роботизирана система, която не само е биосъвместима, но също така има куп сензори, електроника и термични задвижващи механизми за взаимодействие с пчелните колонии“, казва Рафаел Бармак, докторант в EPFL и един от авторите на изследването. Медоносните пчели са териториални и ще унищожат или покрият всяко чуждо тяло в кошера. Следователно, докато проектират своята система, инженерите е трябвало да отчетат не само необходимите роботизирани функционалности, но и социалното поведение на медоносните пчели.
Използването на роботи за изучаване на животни, изтъква Бармак, означава, че досадните, повтарящи се задачи могат да бъдат автоматизирани, като измерване на локализирани температури, което е много важно за здравия кошер и жизнения цикъл на пчелите.
„Измерването на температурата не е лесно в пчелна колония… Страхотното в това устройство е, че след като е добре интегрирано в колонията, пчелите обграждат сензорите, вградени в него“. В противен случай пчеларите и учените трябва да разчитат предимно на данни за външната температура, които не винаги са точни.
Екипът на EPFL–University of Graz правят няколко опита, докато уцелят правилния дизайн. Окончателното роботизирано устройство изглежда като пчеларска рамка с електронен панел в горната част. „В самата среда има печатна платка [PCB], където са поставени термичните задвижващи механизми, сензорите, цялата поддържаща електроника, за да работи всичко това. Имаме микроконтролер – процесор, който да организира цялата работа“, обяснява Бармак.
Пчелите не приемат първия дизайн, а само печатната платка, покрита с восък. След това изследователите решават да добавят шаблонна рамка и след като опитват няколко различни материала, в крайна сметка спечелват доверието на колонията с лазерно изрязана мрежа с дебелина 1 милиметър.
Сензорните масиви на системата дори са успели да открият предстоящия термичен колапс на една от колониите. Това се случва, когато температурата падне опасно ниско (под 10 ºC за европейската медоносна пчела, в който момент пчелите не могат да размахват крилата си, за да генерират топлина). „Видяхме, че пчелите са спрели да се движат и след това погледнахме топлинните данни… и осъзнахме, че са в беда“, казва Бармак. Изследователите решават да използват термичните задвижващи механизми, предназначени досега за изследване на колективното поведение в колонията, за да увеличат топлината и по този начин да спасят пчелите.
Бармак и неговият екип използват топлинни стимули и за да преместят пчелите в рамките на колонията, нещо, което не е опитвано преди със зимни колонии. Те забелязват, че пчелите следват термичните стимули много прецизно и наблюдават неизвестни досега модели на поведение, които биха могли да бъдат полезни за разработването на други пчеларски технологии. Сега те подготвят своята роботизирана система за изучаване на летни колонии, което ще бъде малко по-трудно, тъй като тогава пчелите са много по-активни.
Най-важното нещо за тази роботизирана система, коментира Бармак, е, че позволява на учените да изучават тези животни по нови начини и да разширят наличните ни знания. Освен научното любопитство, казва той, това показва възможностите за използване на интерактивни роботизирани системи за наблюдение на животински колонии и след това използване на данните за създаване на нови устройства за електронно земеделие, сензори и други.
