Lorenzo Bernini, Shutterstock.com/Horizon

Albinele și rădăcinile robotice oferă speranțe pentru un mediu mai sănătos și hrană suficientă14 min read

De Gareth Willmer 28.03.2023

Cercetătorii dezvoltă roboți miniaturali care imită organismele vii, pentru a explora și susține ecosisteme reale.

Albinele robotice replicante se îndreaptă spre matca stupului, care nu bănuiește nimic. Spre deosebire însă de replicanții rebeli din thrillerul science-fiction Blade Runner (1982), aceste albine sunt aici ca să muncească.

Planul este ca, prin combinarea roboticii miniaturale, inteligenței artificiale (AI) și machine learning-ului, albinele robotice să stimuleze depunerea de ouă de către matcă, de exemplu, prin a-i da hrana potrivită la momentul potrivit.

Supraviețuire și prosperare

„Planul nostru este să influențăm un întreg ecosistem interacționând cu o singură viețuitoare, albina matcă”, a spus dr. Farshad Arvin, robotician și specialist informatician la Universitatea Durham din Marea Britanie. „Dacă putem face ca acțiuni precum depunerea ouălor să se întâmple la momentul potrivit, putem avea un puiet mai sănătos și colonii mai active și mai sănătoase. Acest lucru va îmbunătăți polenizarea.”

În timp ce toate acestea se întâmplă la suprafață, rădăcinile robotice metamorfozabile care se pot adapta și pot interacționa cu plantele și ciupercile reale lucrează din greu în pământ. Aici, plantele și partenerii lor fungici formează rețele vaste.

Aceste albine și rădăcini robotice sunt dezvoltate în cadrul a două proiecte finanțate de UE. Ambele inițiative examinează modul în care versiunile artificiale ale unor organisme vii, esențiale pentru conservarea ecosistemelor, pot ajuta organismele reale și mediul lor să supraviețuiască și să prospere, asigurând totodată abundența hranei pentru oameni.

Acest lucru ar putea fi crucial pentru viitorul pe termen lung al planetei, mai ales în contextul în care multe specii se confruntă în prezent cu un declin semnificativ din cauza amenințărilor precum pierderea habitatului, poluarea și schimbările climatice.

Una dintre speciile aflate în pericol este albina, o piatră de temelie a entomofiliei, necesară pentru 75 % dintre culturile„A Minimally Invasive Approach Towards «Ecosystem Hacking» With Honeybees”, frontiersin.org menite să asigure hrana oamenilor la nivel mondial.

Demn de o regină

Proiectul RoboRoyale,„ROBOtic Replicants for Optimizing the Yield by Augmenting Living Ecosystems”, cordis.europa.eu condus de Arvin, îmbină tehnologiile microrobotice, biologice și de învățare automată pentru a ocroti bunăstarea albinii matcă. Proiectul este finanțat prin programul Pathfinder al Consiliului European pentru Inovare.

Un aspect unic al RoboRoyale este focalizarea exclusivă pe matcă, mai degrabă decât pe întreaga colonie, spune Arvin. Acesta afirmă că ideea este de a demonstra în ce măsură sprijinirea unui singur organism-cheie poate să stimuleze producția la nivelul întregului mediu, având potențialul de a afecta sute de milioane de organisme.

Sistemul multirobotic pe care echipa speră să înceapă să-l testeze în lunile următoare va învăța, cu timpul, cum să aibă grijă de matcă pentru a optimiza depunerea ouălor și producția de feromoni – mirosuri chimice care influențează comportamentul coloniei de albine.

Sistemul este, în prezent, implementat în stupi artificiali de observare, construiți din sticlă, în Austria și Turcia, albinele replicante fiind concepute să înlocuiască așa-numitele albine curtene care interacționează, în mod normal, cu albina matcă.

Hrană pentru puiet

Unul dintre obiective este ca albinele robotice să poată stimula depunerea ouălor, asigurându-i albinei matcă hrană specifică bogată în proteine la momentul potrivit. Apoi, un beneficiu preconizat este că prin creșterea rezultată a numărului de albine și a deplasărilor pentru căutarea hranei se va obține o polenizare mai largă a ecosistemului înconjurător, sprijinind astfel dezvoltarea plantelor și a animalelor.

Sistemul permite ca șase până la opt albine curtene robotice, unele prevăzute cu microcamere, să fie direcționate în interiorul unui stup de observare cu ajutorul unui controller exterior conectat la acestea. Scopul final este ca albinele robotice să devină complet autonome.

Conceptul unui controller robotic pentru sistemul RoboRoyale. Foto: Farshad Arvin/Horizon

Anterior, echipa RoboRoyale a observat albine matcă din mai mulți stupi folosind camere de înaltă rezoluție și software de analiză a imaginilor, pentru a afla mai multe despre comportamentul acestora.

Echipa a reușit să adune peste 150 de milioane de eșantioane ale traiectoriilor albinelor matcă în interiorul stupului și să surprindă imagini detaliate ale interacțiunilor lor sociale cu alte albine. În prezent, analizează toate aceste date.

Odată ce întregul sistem robotic va fi testat suficient, cercetătorii RoboRoyale speră că acesta va contribui la o mai bună înțelegere a potențialului tehnologiei bio-hibride nu doar la albine, ci și la alte organisme.

„Ar putea duce la un nou tip de tehnologie sustenabilă, care să aibă un impact pozitiv asupra ecosistemelor înconjurătoare”, a spus Arvin.

Marea rețea vegetală (Wood Wide Web)

Un alt proiect, I-Wood,„Forest Intelligence: robotic networks inspired by the Wood Wide Web”, cordis.europa.eu explorează un tip foarte diferit de rețea socială – una care se află în subteran.

Oamenii de știință de la Institutul Italian de Tehnologie (IIT) din Genova studiază ceea ce ei numesc Wood Wide Web (marea rețea vegetală). Aceasta este alcătuită din rădăcini ale plantelor, legate una de cealaltă printr-o rețea simbiotică de ciuperci care le oferă nutrienți și le ajută să împărtășească resurse și să comunice între ele.

Pentru a înțelege mai bine aceste rețele și a găsi modalități de a le stimula creșterea, I-Wood dezvoltă rădăcini robotice moi și metamorfozabile, care se pot adapta și pot interacționa cu plantele și ciupercile reale. Ideea este ca o rădăcină vegetală robotică să folosească o imprimantă 3D miniaturizată în vârful său, care să-i permită să crească și să se ramifice, strat cu strat, ca răspuns la factorii de mediu precum temperatura, umiditatea și nutrienții disponibili.

„Aceste tehnologii ne vor ajuta să înțelegem mai bine relația dintre simbionți și gazde”, afirmă dr. Barbara Mazzolai, robotician în cadrul IIT, care conduce proiectul.

Echipa lui Mazzolai are o seră unde crește plante de orez inoculate cu ciuperci. Până acum, cercetătorii au examinat separat creșterea rădăcinilor și a ciupercilor.

În curând, aceștia plănuiesc să-și combine constatările pentru a vedea cum, când și unde se petrece interacțiunea dintre cele două și ce molecule implică.

Constatările vor putea fi folosite ulterior de roboții I-Wood pentru a sprijini simbioza naturală dintre ciuperci și rădăcini și a o face cât mai eficientă. Echipa speră să înceapă să experimenteze cu roboți în seră până la sfârșitul acestui an.

Potrivit lui Mazzolai, rădăcinile robotice pot fi programate să se miște autonom, ajutate de senzorii din vârful lor. La fel ca mișcarea rădăcinilor reale sau a râmelor sub pământ, și aceste rădăcini robotice vor căuta pasaje prin care se pot mișca mai ușor prin solul mai moale sau mai puțin compact.

Ajustările meseriei

Există însă o serie de provocări atunci când se combină robotica cu natura.

De exemplu, albinele sunt sensibile la obiectele străine din stup și le pot îndepărta sau le pot acoperi cu ceară. Acest lucru face să fie dificilă utilizarea unor elemente precum etichetele de urmărire.

Albinele au devenit însă mai tolerante după ce echipa a ajustat o serie de elemente ale etichetelor, cum ar fi stratul de acoperire, materialele și mirosul, potrivit lui Arvin de la RoboRoyale.

În pofida acestor provocări, Arvin și Mazzolai cred că robotica și inteligența artificială ar putea juca un rol-cheie în susținerea ecosistemelor și a mediului pe termen lung. Pentru Mazzolai, farmecul este dat de potențialul tehnologiilor de a oferi o analiză mai aprofundată a interacțiunilor puțin cunoscute dintre plante, animale și mediu.

De exemplu, dat fiind că rețeaua subterană de rădăcini ale plantelor și ciuperci este considerată a fi crucială pentru menținerea sănătății ecosistemelor și pentru limitarea încălzirii globale prin blocarea carbonului, rădăcinile robotice din cadrul proiectului pot ajuta la clarificarea modului în care ar putea fi protejate și sprijinite aceste procese naturale.

„Biomimetismul în robotică și tehnologie va avea un rol fundamental în salvarea planetei”, a mai spus Mazzolai.


Cercetările menționate în acest articol au fost finanțate de UE. Acest articol a fost publicat inițial în Horizon, revista de cercetare și inovare a UE.



Text de

Gareth Willmer

Este jurnalist de știință freelancer, din Londra, care scrie despre știință, tehnologie, mediu și dezvoltare globală. a colaborat cu New scientist, Nature, SciDev.Net, Devex.

ȘTIINȚĂ|OVERVIEW

Primul dinozaur a fost atestat științific acum exact 200 de ani

De
Prezentarea lui Megalosaurus într-o conferință științifică de la Oxford din 1824 a deschis calea către Jurassic Park.
ȘTIINȚĂ|BOOK CLUB

Mai putem avea încredere în Modelul Standard al fizicii?

De
Brian Cox vine în România pe 3 aprile. Până atunci, iată un fragment din cartea „De ce E=mc2”, tradusă recent în limba română.
ȘTIINȚĂ|RO-CERCETARE

Cercetarea românească în ianuarie. România participă la un studiu istoric al undelor gravitaționale

De
Agenția Spațială Europeană a dat undă verde misiunii spațiale LISA, la care participă și România, în încercarea de a înțelege mai bine undele gravitaționale. Un cercetător de origine română a proiectat un nou tip de baterii. Au fost descoperite oase de dinozaur în stare foarte bune și s-a făcut o analiză completă a  tuturor imnuri naționale ale României.
ȘTIINȚĂ|FYI

Sci-Memo: Ingenuity, primul vehicul care a zburat în atmosfera unei alte planete, și-a încetat misiunea

De
Drona Ingenuity, ajunsă pe Marte odată cu roverul NASA Perseverance, a efectuat al 72-lea și totodată ultimul zbor în atmosfera Planetei Roșii.