Пчёлы-репликанты предназначены для ухода за маткой, а корни-роботы «сплетут» под лесом свою Сеть

Робототехника и искусственный интеллект (ИИ) могут помочь создать более здоровые пчелиные семьи, способствуя биоразнообразию и снабжению продовольствием.


Роботизированные пчёлы-репликанты поселились возле ничего не подозревающей королевы улья. Объединяя миниатюрную робототехнику, ИИ и машинное обучение, учёные планируют, что роботизированные пчёлы будут стимулировать откладывание маткой яиц, например, кормя её нужной пищей в нужное время.


— Фаршад Арвин, робототехник и специалист по информатике из Университета Дарема в Великобритании.

А тем временем роботизированные корни, которые могут адаптироваться и взаимодействовать с реальными растениями и грибами, усердно работают под землёй. Там они образуют обширные сети.

Роботизированные пчёлы и подземные сети разрабатываются в рамках двух проектов, финансируемых ЕС. Обе инициативы направлены на изучение того, как искусственные версии живого помогут реальным организмам и окружающей среде выживать и процветать, обеспечивая при этом изобилие пищи для людей.

Для проектов выбрали как раз то, что играет центральную роль в поддержании экосистем и важно для долгосрочного будущего планеты. Многие виды сталкиваются с резким сокращением численности из-за потери среды обитания, её загрязнения и изменения климата. В том числе подвергается риску медоносная пчела, ключевой вид насекомых для опыления, необходимый для 75% сельхозкультур.

Фаршад Арвин возглавляет проект RoboRoyale, который сочетает в себе микроробототехнику, биологию и технологии машинного обучения для улучшения самочувствия пчелиной матки. Проект финансируется программой Pathfinder («Следопыт») Европейского инновационного совета.

По словам Арвина, уникальность RoboRoyale в том, что проект сосредоточен исключительно на королеве, а не на всей колонии. Учёные намерены показать, как поддержка одного ключевого организма может стимулировать всю окружающую среду, сотни миллионов организмов.

Система с несколькими роботами, которую исследователи начнут тестировать в ближайшие месяцы, со временем научится ухаживать за маткой, чтобы оптимизировать откладывание яиц и выработку феромонов — химических ароматов, влияющих на поведение улья. Система внедряется в искусственных стеклянных ульях для наблюдения в Австрии и Турции, а пчёлы-репликанты предназначены для замены так называемых придворных пчёл, которые обычно взаимодействуют с маткой.

Ожидаемая выгода заключается в том, что в результате увеличение количества пчёл и вылетов усилится опыление окружающей экосистемы для поддержки роста растений и животных.

Система позволяет управлять шестью-восемью роботизированными придворными пчёлами, некоторые из которых оснащены микрокамерами. Эксперимент пройдёт внутри наблюдательного улья с помощью контроллера, прикреплённого к репликантам снаружи. Конечная цель — сделать роботов-пчёл полностью автономными.

До этого команда RoboRoyale наблюдала за пчелиными матками в нескольких ульях, используя камеры с высоким разрешением и программное обеспечение для анализа изображений, чтобы лучше понять поведение насекомых.

Команда учёных собрала более 150 млн образцов траекторий движения маток внутри улья и подробные кадры их социального взаимодействия с другими пчёлами. Сейчас идёт анализ данных.

Исследователи RoboRoyale надеются, что после того, как роботизированную систему протестируют, это поспособствует пониманию биогибридных технологий не только у пчёл, но и у других организмов.

Другой проект, I-Wood, исследует совсем другой тип взаимодействия — подземный. Учёные из Итальянского технологического института (IIT) в Генуе изучают то, что они называют Wood Wide Web («Охватывающая лес сеть»), по аналогии с полными названием интернета. I-Wood состоит из корней растений, соединённых друг с другом через симбиотическую сеть грибов, которые обеспечивают их питательными веществами и помогают им делиться ресурсами и взаимодействовать.


— Барбара Маццолаи, специалистка по робототехнике IIT, руководительница проекта I-Wood.

Чтобы лучше понять такие сети и найти способы стимулировать их рост, I-Wood разрабатывает мягкие, изменяющие форму роботизированные корни, которые могут адаптироваться и взаимодействовать с реальными растениями и грибами. Идея заключается в том, чтобы роботизированный корень использовал миниатюрный 3D-принтер на кончике и мог расти и разветвляться слой за слоем в зависимости от факторов окружающей среды, таких как температура, влажность и доступные питательные вещества.

Барбара Маццолаи пояснила, что таким образом технологии помогут расширить знания о взаимоотношениях между симбионтами и хозяевами. У команды Маццолаи есть теплица, где они выращивают побеги риса с подселёнными на них грибами. До сих пор исследователи изучали рост корней и грибов отдельно. Вскоре они планируют объединить свои результаты, чтобы увидеть, как, когда и где происходит взаимодействие между ними, и какие молекулы в этом участвуют.

Полученные результаты впоследствии могут быть использованы роботами I-Wood, чтобы помочь естественному симбиозу между грибами и корнями работать максимально эффективно. Команда надеется начать экспериментировать с роботами в теплице к концу текущего года.

По словам Маццолаи, роботизированные корни можно запрограммировать на автономное движение с помощью датчиков на их кончиках. Подобно тому, как настоящие корни или дождевые черви перемещаются под землёй, искусственные корни также будут искать пути, по которым легче перемещаться в зависимости от плотности почвы.

Но есть проблемы при сочетании робототехники с природой. Например, пчёлы чувствительны к чужеродным объектам в своём улье и могут удалять их или покрывать воском. Это затрудняет использование датчиков для отслеживания. Однако пчёлы стали более терпимыми после того, как учёные изменили покрытие датчиков, материалы и запах, сообщил Фаршад Арвин из RoboRoyale.

Несмотря на эти проблемы, Арвин и Маццолаи считают, что робототехника и ИИ могут сыграть ключевую роль в поддержании экосистем и окружающей среды в долгосрочной перспективе. Для Маццолаи привлекательность заключается в потенциале технологий, позволяющих проводить более глубокий анализ малоизученных взаимодействий между растениями, животными и окружающей средой.

Например, поскольку подземная сеть корней растений и грибов считается критически важной для поддержания здоровых экосистем и ограничения глобального потепления путём блокирования углерода, роботизированные корни проекта могут помочь пролить свет на то, как мы можем защитить и поддержать эти естественные процессы.