Sistema robótico oferece janela oculta para o comportamento coletivo das abelhas

As abelhas são notoriamente meticulosas quando se trata de serem estudadas. Instrumentos e condições de pesquisa e até cheiros desconhecidos podem atrapalhar o comportamento de uma colônia. Agora, uma equipe de pesquisa conjunta do Grupo de Sistemas Robóticos Móveis da Escola de Engenharia e Escola de Ciências da Computação e Comunicação da EPFL e o projeto Hiveopolis da Universidade de Graz, na Áustria, desenvolveram um sistema robótico que pode ser integrado discretamente na estrutura de uma abelha padrão. colmeia.

Composto por uma série de sensores e atuadores térmicos, o sistema mede e modula o comportamento das abelhas por meio de variações localizadas de temperatura.

“Muitas regras da sociedade das abelhas – desde interações coletivas e individuais até a criação de uma ninhada saudável – são reguladas pela temperatura, então aproveitamos isso para este estudo”, explica EPFL Ph.D. aluno Rafael Barmak, primeiro autor de um artigo sobre o sistema recentemente publicado na Ciência Robótica. “Os sensores térmicos criam um instantâneo do comportamento coletivo das abelhas, enquanto os atuadores nos permitem influenciar seu movimento modulando os campos térmicos”.

“Estudos anteriores sobre o comportamento térmico das abelhas no inverno basearam-se na observação das abelhas ou na manipulação da temperatura externa”, acrescenta Martin Stefanec, da Universidade de Graz. “Nosso sistema robótico nos permite alterar a temperatura de dentro do aglomerado, emulando o comportamento de aquecimento das abelhas centrais e nos permitindo estudar como o aglomerado de inverno regula ativamente sua temperatura”.

Um ‘superorganismo biohíbrido’ para mitigar o colapso da colônia

Colônias de abelhas são difíceis de estudar no inverno, pois são sensíveis ao frio, e abrir suas colmeias corre o risco de prejudicá-las, além de influenciar seu comportamento. Mas, graças ao sistema robótico biocompatível dos pesquisadores, eles puderam estudar três colmeias experimentais, localizadas no Laboratório de Vida Artificial da Universidade de Graz, durante o inverno e controlá-las remotamente da EPFL. Dentro do dispositivo, um processador central coordenava os sensores, enviava comandos aos atuadores e transmitia dados aos cientistas, demonstrando que o sistema poderia ser usado para estudar abelhas sem necessidade de intrusão – ou mesmo câmeras.

O chefe do Mobile Robotic Systems Group, Francesco Mondada, explica que um dos aspectos mais importantes do sistema – que ele chama de “superorganismo biohíbrido” por sua combinação de robótica com uma colônia de indivíduos agindo como uma entidade viva – é sua capacidade de observar e influenciar o comportamento das abelhas.

“Ao coletar dados sobre a posição das abelhas e criar áreas mais quentes na colméia, fomos capazes de incentivá-las a se movimentar de maneiras que normalmente nunca fariam na natureza durante o inverno, quando tendem a se amontoar para economizar energia. nos dá a possibilidade de agir em nome de uma colônia, por exemplo, direcionando-a para uma fonte de alimento ou desencorajando-a de se dividir em grupos muito pequenos, o que pode ameaçar sua sobrevivência.”

Os cientistas conseguiram prolongar a sobrevivência de uma colônia após a morte de sua rainha, distribuindo energia térmica por meio dos atuadores. A capacidade do sistema de mitigar o colapso das colônias pode ter implicações para a capacidade de sobrevivência das abelhas, que se tornou uma crescente preocupação ambiental e de segurança alimentar à medida que as populações globais dos polinizadores diminuíram.

Comportamentos nunca antes vistos

Além de seu potencial para sustentar colônias, o sistema lançou luz sobre comportamentos de abelhas que nunca foram observados, abrindo novos caminhos na pesquisa biológica.

“Os estímulos térmicos locais produzidos por nosso sistema revelaram dinâmicas não relatadas anteriormente que estão gerando novas questões e hipóteses interessantes”, diz o pesquisador de pós-doutorado da EPFL e autor correspondente Rob Mills. “Por exemplo, atualmente, nenhum modelo pode explicar por que fomos capazes de encorajar as abelhas a atravessar alguns ‘vales’ de temperatura fria dentro da colmeia.”

Os pesquisadores agora planejam usar o sistema para estudar as abelhas no verão, que é um período crítico para a criação de filhotes. Paralelamente, o Mobile Robotic Systems Group está explorando sistemas que usam caminhos vibracionais para interagir com as abelhas.

“O aspecto da aceitação biológica deste trabalho é crítico: o fato de as abelhas aceitarem a integração da eletrônica na colméia dá ao nosso dispositivo um grande potencial para diferentes aplicações científicas ou agrícolas”, diz Mondada.