Der als interaktive Robotik bekannte Studienzweig hat sich bald über die reine Ausführung vorprogrammierter, sich wiederholender Aufgaben hinaus zu komplexeren Aktivitäten wie der Interaktion mit Lebewesen entwickelt. Beispielsweise werden biokompatible und biomimetische Roboter zunehmend zur Untersuchung von Tieren und Pflanzen eingesetzt.
Robotersysteme, die Tiere in der Schleife verwenden, sind besonders nützlich, um kollektive Verhaltensweisen zu untersuchen, die mit traditionellen Techniken schwer zu untersuchen sind. Diese Systeme bieten nicht nur neue Perspektiven auf Tierverhaltens- und Naturschutzstudien. Sie fördern auch technische Innovationen bei Robotern.
Eine kürzlich durchgeführte Partnerschaft zwischen der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) in der Schweiz und der Universität Graz in Österreich hat gezeigt, wie erfolgreich Tiersysteme im Kreislauf sein können, wenn ein Robotersystem entworfen und in eine Honigbienenkolonie integriert wird.
Mit einem Robotergerät führten die Forscher in den Wintern 2020 und 2021 berührungslose Studien an drei Kolonien der europäischen Honigbiene (Apis mellifera) durch. Durch die Anpassung der Temperaturen konnten die Forscher die Bienenbewegung innerhalb des Stocks beeinflussen, neue Bewegungsmuster beobachten und das kollektive Thermoregulationsverhalten in der Kolonie analysieren. Die Gruppe veröffentlichte ihre Ergebnisse im März in der Zeitschrift Science Robotics.
Rafael Barmak, Doktorand an der EPFL und einer der Autoren der Studie, beschreibt das Gerät als „im Grunde ein seltsames Robotersystem, das nicht nur biokompatibel ist, sondern auch über eine Reihe von Sensoren, elektronischen [und] thermischen Aktuatoren verfügt, um mit Honigbienenkolonien zu interagieren. " Honigbienen sind sehr besitzergreifend und eliminieren oder verstecken Fremde, die ihren Bienenstock betreten. Daher mussten die Ingenieure neben den geforderten robotischen Eigenschaften auch das Sozialverhalten der Honigbienen beim Aufbau ihrer Systeme berücksichtigen.
Laut Barmak automatisiert der Einsatz von Robotern zur Vermessung von Tieren mühsame und sich wiederholende Aufgaben wie das Erfassen lokaler Temperaturen, die für einen gesunden Bienenstock und Bienenlebenszyklus von entscheidender Bedeutung sind.
„Es ist nicht einfach, Temperaturmessungen innerhalb eines Honigbienenvolkes durchzuführen. Das Einzigartige an diesem Gerät ist, dass es die Sensoren umschließt, die die Bienen enthalten, nachdem sie erfolgreich in die Kolonie integriert wurden. Sonst sind Imker und Wissenschaftler oft auf ungenaue Außentemperaturdaten angewiesen.
Das Team der EPFL-Universität Graz musste mehrere Überarbeitungen vornehmen, bevor das Design perfekt war. An der Spitze des fertigen Roboters befindet sich eine elektrische Schalttafel, die wie ein Imkerrahmen aussieht. Laut Barmak befindet sich die Leiterplatte (PCB), auf der die thermischen Aktuatoren, Sensoren und andere unterstützende Elektronik untergebracht sind, genau in der Mitte.
Wir haben einen Prozessor namens Mikrocontroller, der die gesamte [Arbeit] verwaltet.“ Das erste Design mit einer nur mit Harz beschichteten und mit Wachs beschichteten Leiterplatte wurde von den Bienen abgelehnt. Danach entschieden sich die Forscher, einen Rahmen für eine Bauvorlage hinzuzufügen, und nachdem sie mehrere verschiedene Materialien ausprobiert hatten, entschieden sie sich für ein 1 Millimeter dickes lasergeschnittenes Netz, um die Kolonie anzusprechen.
Selbst der bevorstehende Hitzekollaps einer Kolonie kann von den Sensorarrays des Geräts erkannt werden. Dies geschieht, wenn die Temperatur gefährlich abfällt (unter 10 °C bei der europäischen Honigbiene, wo die Bienen nicht mit den Flügeln schlagen können, um Wärme zu erzeugen). "Wir wussten, als wir uns die thermischen Daten ansahen, nachdem wir erkannt hatten, dass die Bienen in Gefahr waren, dass sie aufgehört hatten, sich zu bewegen", sagt Barmak. Die Bienen wurden verschont, als die Forscher beschlossen, die Hitze mit thermischen Aktuatoren zu erhöhen, die zuvor zur Analyse der kollektiven Aktionen der Kolonie verwendet wurden.
Barmak und sein Team verwendeten auch thermische Reize, die noch nie zuvor in Winterkolonien ausprobiert wurden, um Bienen in der Kolonie zu bewegen. Sie entdeckten bisher unerkannte Verhaltensmuster bei Bienen und wie genau sie thermischen Hinweisen folgen, die beide verwendet werden können, um neue Imkereitechniken zu entwickeln. Sie bereiten sich derzeit darauf vor, die Sommerkolonien mit ihrer Roboterausrüstung zu untersuchen, was etwas schwieriger sein wird, weil die Bienen dann viel aktiver sind.
Laut Barmak besteht der wichtigste Aspekt dieses Robotersystems darin, dass es den Forschern ermöglicht, mehr über diese Kreaturen zu erfahren und das aktuelle Verständnis zu verbessern. Er weckt nicht nur die wissenschaftliche Neugier, sondern zeigt auch das Potenzial der Verwendung interaktiver Robotersysteme zur Untersuchung von Tierkolonien und die anschließende Verwendung der Daten zur Herstellung neuer E-Farming-Tools, Sensoren und anderer Dinge für das Feld.
Quelle: Spektrum.ieee.org
Günceleme: 12/04/2023 16:27