Diante da diminuição das colônias de abelhas, cientistas estão armando rainhas com robôs e colmeias inteligentes


Por Farshad Arvin, Martin Stefanec e Tomas Krajnik

Sejam as notícias ou o número cada vez menor de criaturas que batem em seus para-brisas, não lhe escapará que o mundo dos insetos está em más condições.

Nas últimas três décadas, a biomassa international de insectos voadores diminuiu em 75%. Entre as vítimas mais notáveis ​​da tendência está o polinizador mais importante do mundo, a abelha. Nos Estados Unidos, 48% das colônias de abelhas morreram somente em 2023, tornando-se o segundo ano mais mortal já registrado. Essa perda significativa se deve em parte à síndrome do colapso das colônias (CCD), o desaparecimento repentino das abelhas. Em contraste, os países europeus relatam taxas mais baixas, mas ainda preocupantes, de perdas de colônias, variando de 6% a 32%.

Este declínio faz com que muitas das nossas culturas alimentares essenciais sejam subpolinizadas, um fenómeno que ameaça a sobrevivência da nossa sociedade. segurança alimentar.

Desmascarando o mito da ficção científica sobre abelhas robóticas

Então, o que pode ser feito? Dado O papel dos pesticidas no declínio das colônias de abelhasas soluções comumente propostas incluem uma mudança da agricultura industrial e em direção a formas de agricultura menos intensivas em pesticidas e mais sustentáveis.

Outros tendem a olhar para o lado da ficção científica das coisas, com alguns cientistas imaginando que poderíamos eventualmente substituir abelhas vivas por abelhas robóticas. Essas abelhas artificiais poderiam interagir com flores como insetos naturais, mantendo os níveis de polinização apesar do número decrescente de polinizadores naturais. A visão de polinizadores artificiais contribuiu para projetos engenhosos de robôs do tamanho de insetos capazes de voar.

Na realidade, tais invenções são mais eficazes em nos educar sobre as fantasias dos engenheiros do que em reviver colônias de abelhas, tão escassas são suas perspectivas de materialização. Primeiro, esses polinizadores artificiais teriam que ser equipados para muito mais do que apenas voar. As tarefas diárias realizadas pela abelha comum incluem procurar plantas, identificar flores, interagir discretamente com elas, localizar fontes de energia, desviar de predadores em potencial e lidar com condições climáticas adversas. Os robôs teriam que executar tudo isso na natureza com um alto grau de confiabilidade, pois qualquer robô quebrado ou perdido pode causar danos e espalhar poluição. Segundo, ainda não se sabe se nosso conhecimento tecnológico seria capaz de fabricar tais invenções. Isso sem nem mencionar o preço de um enxame de robôs capaz de substituir a polinização fornecida por uma única colônia de abelhas.

Dentro de uma colmeia inteligente

Diante da diminuição das colônias de abelhas, cientistas estão armando rainhas com robôs e colmeias inteligentes
Abelhas em uma das colmeias aumentadas de Hiveopolis.
Colmeiapolis, Fornecido pelo autor

Em vez de tentar substituir abelhas por robôs, nossos dois últimos projetos financiados pela União Europeia propõem que robôs e abelhas realmente se unam. Se isso tivesse sucesso, colônias de abelhas em dificuldades poderiam ser transformadas em entidades bio-híbridas consistindo de componentes biológicos e tecnológicos com habilidades complementares. Esperançosamente, isso impulsionaria e garantiria o crescimento populacional das colônias, à medida que mais abelhas sobrevivessem a invernos rigorosos e produzissem mais forrageadoras para polinizar os ecossistemas ao redor.

O primeiro desses projetos, Colmeiapolisinvestiga como o complexo mecanismo de tomada de decisão descentralizada em uma colônia de abelhas pode ser estimulado pela tecnologia digital. Iniciado em 2019 e com término previsto para março de 2024, o experimento introduz tecnologia em três colmeias de observação, cada uma contendo 4.000 abelhas, em contraste com 40.000 abelhas para uma colônia regular.

A base de um favo de mel aumentado.
Colmeiapolis, Fornecido pelo autor

Dentro desta casa inteligente para abelhas, os favos têm sensores de temperatura e dispositivos de aquecimento integrados, permitindo que as abelhas desfrutem de condições ideais dentro da colônia. Como as abelhas tendem a se aconchegar em locais mais quentes, os favos também nos permitem direcioná-las para diferentes áreas da colmeia. E como se esse controle não bastasse, as colmeias também são equipadas com um sistema de portões eletrônicos que monitoram os movimentos dos insetos. Ambas as tecnologias nos permitem decidir onde as abelhas armazenam mel e pólen, mas também quando elas desocupam os favos para que possamos colher mel. Por último, mas não menos importante, a colmeia inteligente contém uma abelha dançante robótica que pode direcionar as abelhas forrageiras para áreas com plantas a serem polinizadas.

Devido à pequena escala do experimento, é impossível tirar conclusões sobre a extensão em que nossas tecnologias podem ter evitado perdas de abelhas. No entanto, há pouca dúvida de que o que vimos até agora dá motivos para ter esperança. Podemos afirmar com segurança que nossas colmeias inteligentes permitiram que as colônias sobrevivessem ao frio extremo durante o inverno de uma forma que não seria possível de outra forma. Para avaliar precisamente quantas abelhas essas tecnologias salvaram, seria necessário aumentar a escala do experimento para centenas de colônias.

Mimando a abelha rainha

Nosso segundo projeto financiado pela UE, o RoboRoyale, concentra-se na rainha das abelhas e em suas abelhas de quintal, com robôs, neste caso, monitorando e interagindo continuamente com Sua Alteza Actual.

Em 2024, equiparemos cada colmeia com um grupo de seis robôs do tamanho de abelhas, que limparão e alimentarão a rainha das abelhas para afetar o número de ovos que ela põe. Alguns desses robôs serão equipados com microbombas de geleia actual para alimentá-la, enquanto outros contarão com microatuadores compatíveis para limpá-la. Esses robôs serão então conectados a um braço robótico maior com câmeras infravermelhas, que monitorarão continuamente a rainha e sua vizinhança.

Um braço robótico RoboRoyale avalia uma colônia de abelhas.
RoboRoyale, Fornecido pelo autor

Como testemunhado pela foto à direita e também abaixo, já conseguimos introduzir com sucesso o braço robótico dentro de uma colônia viva. Lá, ele monitorou continuamente a rainha e determinou seu paradeiro por meio de estímulos luminosos.

Imitando as abelhas operárias

Em uma segunda fase, espera-se que os robôs do tamanho de abelhas e o braço robótico sejam capazes de emular o comportamento das operárias, as abelhas fêmeas sem capacidade reprodutiva que atendem a rainha e a alimentam com geleia actual. Rica em água, proteínas, carboidratos, lipídios, vitaminas e minerais, essa substância nutritiva secretada pelas glândulas das abelhas operárias permite que a rainha ponha até milhares de ovos por dia.

As abelhas operárias também se envolvem na limpeza da rainha, o que envolve lambê-la. Durante essas interações, elas coletam alguns dos feromônios da rainha e os dispersam pela colônia conforme se movem pela colmeia. A presença desses feromônios controla muitos dos comportamentos da colônia e notifica a colônia da presença de uma rainha. Por exemplo, no caso da morte da rainha, uma nova rainha deve ser rapidamente criada a partir de um ovo posto pela rainha falecida, deixando apenas uma estreita janela de tempo para a colônia reagir.

Um dos primeiros experimentos do RoboRoyale consistiu em interações simples com a abelha rainha por meio de estímulos luminosos. Os próximos meses verão o braço robótico se esticar para tocá-la fisicamente e escová-la.
RoboRoyale, Fornecido pelo autor

Finalmente, acredita-se que as abelhas operárias também podem atuar como guias da rainha, levando-a a pôr ovos em células de favo específicas. O tamanho dessas células pode determinar se a rainha põe um ovo diploide ou haploide, resultando no desenvolvimento da abelha em zangão (macho) ou abelha operária (fêmea). Assumir essas funções de orientação pode afetar nada menos que toda a taxa reprodutiva da taxa.

Como os robôs podem prevenir o canibalismo das abelhas

Isso poderia ter outro efeito virtuoso: prevenir o canibalismo.

Durante tempos difíceis, como longos períodos de chuva, as abelhas têm que se contentar com pouca ingestão de pólen. Isso as força a alimentar larvas jovens para as mais velhas, para que pelo menos as larvas mais velhas tenham uma likelihood de sobreviver. Por meio do RoboRoyale, buscaremos não apenas reduzir as probabilities desse comportamento ocorrer, mas também quantificar até que ponto ele ocorre em condições normais.

Por fim, nossos robôs nos permitirão aprofundar nossa compreensão dos processos de regulação muito complexos dentro das colônias de abelhas por meio de novos procedimentos experimentais. Os insights obtidos com essas novas trilhas de pesquisa serão necessários para proteger melhor esses valiosos insetos sociais e garantir polinização suficiente no futuro – um empreendimento de alto risco para a segurança alimentar.


Este artigo é o resultado da colaboração do The Dialog com Horizontea revista de pesquisa e inovação da UE.

A Conversa

Farshad Arvin é membro do Departamento de Ciência da Computação da Durham College no Reino Unido. A pesquisa de Farshad Arvin é financiada principalmente pelos programas EU H2020 e Horizon Europe.

Martin Stefanec é membro do Instituto de Biologia da Universidade de Graz. Ele recebeu financiamento dos programas da UE H2020 e Horizon Europe.

Tomas Krajnik é membro do Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). A pesquisa de Tomas Krajnik é financiada principalmente pelo programa EU H2020 Horizon e pela Czech Nationwide Science Basis.

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é uma fonte independente de notícias e opiniões, provenientes da comunidade acadêmica e de pesquisa e entregues diretamente ao público.

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