面对日益减少的蜂群,科学家们正在用机器人和智能蜂巢武装蜂王

ROBOT@qwh 2024-01-16 阅读:868 评论:0
无论是新闻报道还是撞击挡风玻璃的生物数量不断减少,您都无法忽视昆虫世界的状况很糟糕。过去三十年里,全球飞虫生物量减少了75%。这一趋势最著名的受害者之一是世界上最重要的传粉媒介蜜蜂。在美国,仅 2023 年就有48% 的蜂群死亡,成为有记录...

无论是新闻报道还是撞击挡风玻璃的生物数量不断减少,您都无法忽视昆虫世界的状况很糟糕。

过去三十年里,全球飞虫生物量减少了75%。这一趋势最著名的受害者之一是世界上最重要的传粉媒介蜜蜂。在美国,仅 2023 年就有48% 的蜂群死亡,成为有记录以来第二高死亡年份。这种重大损失的部分原因是蜂群崩溃综合症(CCD),即蜜蜂的突然消失。相比之下,欧洲国家报告的蜂群损失率较低,但仍然令人担忧,从 6% 到 32% 不等。

这种下降导致我们许多重要粮食作物授粉不足,这种现象威胁着我们社会的粮食安全。

揭穿机器蜜蜂的科幻神话

那么,可以做什么呢?鉴于农药在蜂群减少中所扮演的角色,普遍提出的解决方案包括从工业化农业转向农药密集度较低、更可持续的农业形式。

其他人则倾向于关注科幻小说的结局,一些科学家想象我们最终可以用机器人蜜蜂取代活蜜蜂。这种人造蜜蜂可以像天然昆虫一样与花朵相互作用,尽管自然授粉昆虫的数量正在减少,但仍能维持授粉水平。人工授粉媒介的愿景促成了能够飞行的昆虫大小的机器人的巧妙设计。

事实上,这些发明在教育我们了解工程师的幻想方面比在复兴蜂群方面更有效,它们实现的前景如此渺茫。首先,这些人工授粉媒介必须具备比飞行更多的功能。普通蜜蜂的日常任务包括寻找植物、识别花朵、不引人注意地与它们互动、定位能源、躲避潜在的捕食者以及应对恶劣的天气条件。机器人必须在野外以非常高的可靠性执行所有这些工作,因为任何故障或丢失的机器人都可能造成损坏并传播污染。其次,我们的技术知识是否能够制造出这样的发明还有待观察。这甚至还没有提到能够替代单个蜂群提供授粉的一群机器人的价格标签。

智能蜂巢内部

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蜂巢一处增强型蜂巢上的蜜蜂。


我们由欧盟资助的两个最新项目并不是试图用机器人取代蜜蜂,而是提出机器人和蜜蜂实际上是合作的。如果这些成功,苦苦挣扎的蜜蜂群体就可以转变为由具有互补技能的生物和技术成分组成的生物混合实体。这有望促进并确保蜂群的人口增长,因为更多的蜜蜂能够在严冬中生存下来,并产生更多的觅食者来为周围的生态系统授粉。

这些项目中的第一个项目“Hiveopolis”研究了数字技术如何推动蜂群中复杂的去中心化决策机制。该实验于 2019 年开始,预计于 2024 年 3 月结束,将技术引入三个观察蜂巢,每个蜂巢容纳 4,000 只蜜蜂,而正常蜂群为 40,000 只蜜蜂。


增强蜂窝的基础。
蜂巢波利斯,作者之福尔尼


在这个蜜蜂智能家居中,蜂巢集成了温度传感器和加热装置,使蜜蜂能够在蜂群内享受最佳的条件。由于蜜蜂倾向于依偎在温暖的地方,因此蜂巢还使我们能够将它们引导到蜂巢的不同区域。似乎这种控制还不够,蜂巢还配备了电子门系统,可以监控昆虫的活动。这两种技术都可以让我们决定蜜蜂储存蜂蜜和花粉的位置,以及它们何时腾出蜂巢以便我们收获蜂蜜。最后但并非最不重要的一点是,智能蜂巢包含一只跳舞的机器人蜜蜂,它可以引导觅食的蜜蜂前往有待授粉植物的区域。

由于实验规模较小,无法就我们的技术在多大程度上防止蜜蜂损失得出结论。然而,毫无疑问,我们迄今为止所看到的情况让我们有理由充满希望。我们可以自信地断言,我们的智能蜂箱使蜂群能够以一种其他方式不可能的方式在冬天的极端寒冷中生存。要准确评估这些技术拯救了多少蜜蜂,需要将实验扩大到数百个蜂群。

呵护蜂王

我们的第二个欧盟资助项目 RoboRoyale 专注于蜂王和她的庭院蜜蜂,在这个例子中,机器人持续监控并与她的殿下互动。

到 2024 年,我们将为每个蜂巢配备一组六只蜜蜂大小的机器人,它们将为蜂王梳理和喂养,以影响她产卵的数量。其中一些机器人将配备蜂王浆微型泵来喂养她,而另一些机器人将配备兼容的微型执行器来给她梳理毛发。然后,这些机器人将连接到带有红外摄像机的更大机械臂,该机械臂将持续监视女王及其附近区域。


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正如右图和下图所示,我们已经能够成功地将机械臂引入活体群体中。在那里,它持续监视女王并通过光刺激确定她的行踪。

模仿工蜂

在第二阶段,人们希望蜜蜂大小的机器人和机械臂能够模仿工蜂的行为,工蜂缺乏生殖能力,会照顾蜂王并喂食蜂王浆。这种由工蜂腺体分泌的营养物质富含水、蛋白质、碳水化合物、脂质、维生素和矿物质,使蜂王每天能产下数千枚卵。

工蜂还负责清洁蜂王,其中包括舔舐蜂王。在这种互动过程中,它们会收集一些蜂后的信息素,并在穿过蜂巢时将它们分散到整个蜂群中。这些信息素的存在控制着蚁群的许多行为,并通知蚁群蚁后的存在。例如,如果蚁后死亡,必须用已故蚁后产下的卵迅速培育出新蚁后,只给蚁群留下很短的反应时间。

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最后,人们相信工蜂也可能充当蜂王的向导,引导她在特定的蜂巢细胞中产卵。这些细胞的大小可以决定蜂王是否产下二倍体或单倍体卵,从而导致蜜蜂发育成雄蜂(雄性)或工蜂(雌性)。接管这些指导职责可能会影响到整个繁殖率。

机器人如何防止蜜蜂同类相食

这可能会产生另一个良性效果:防止同类相食。

在困难时期,例如长时间下雨,蜜蜂只能摄入很少的花粉。这迫使它们将年轻的幼虫喂给年长的幼虫,这样至少年长的幼虫就有机会生存。通过 RoboRoyale,我们不仅会减少这种行为发生的机会,还会量化其在正常条件下发生的程度。

最终,我们的机器人将使我们能够通过新颖的实验程序加深对蜂群内部非常复杂的调节过程的理解。从这些新研究中获得的见解对于更好地保护这些有价值的社会性昆虫并确保未来充分授粉是必要的——这是粮食安全的一项高风险事业。


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