Robo-Honeycomb revela a vida secreta das abelhas

A robótica interativa é um campo de estudo relativamente novo, mas em pouco tempo passou de apenas executar tarefas repetitivas pré-programadas para atividades mais complexas, incluindo interações com criaturas vivas. Bio-compatível e biomimético robôs, por exemplo, estão sendo cada vez mais usados ​​para estudar animais e plantas.

Animal-in-the-loop os sistemas robóticos são especialmente eficazes para estudar comportamentos coletivos que, de outra forma, são desafiadores com os métodos tradicionais. Esses sistemas fornecem não apenas novos insights para estudos de comportamento e conservação animal, mas também impulsionam a inovação na engenharia robótica. Uma colaboração recente entre a École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) suíça e a Universidade de Graz, na Áustria, demonstrou como os sistemas animal-in-the-loop podem ser eficazes quando desenvolveram um sistema robótico camuflado como uma folha de favo de mel e o integraram a uma abelha colônia.

Com o sistema robótico, os pesquisadores estudaram três colônias de abelhas européias (Apis mellifera) de forma não intrusiva durante os meses de inverno de 2020 e 2021. Os pesquisadores puderam estudar os comportamentos coletivos de termorregulação na colônia, influenciar o movimento das abelhas dentro da colméia modulando as temperaturas e observar novos padrões de movimento. O grupo publicou suas descobertas em março em Ciência Robótica.

“Basicamente, nosso dispositivo é um estranho sistema robótico que não é apenas biocompatível, mas também possui vários sensores, eletrônicos, [and] atuadores térmicos para interagir com colônias de abelhas”, diz Rafael Barmak, aluno de doutorado da EPFL e um dos autores do estudo. As abelhas são notoriamente territoriais e irão destruir ou encobrir qualquer corpo estranho em uma colmeia. Portanto, ao projetar seu sistema, os engenheiros tiveram que levar em consideração não apenas as funcionalidades robóticas necessárias, mas também os comportamentos sociais das abelhas.

EPFL e Universidade de Graz/Ciência Robótica

Usar robôs para estudar animais, diz Barmak, significa que tarefas tediosas e repetitivas podem ser automatizadas, como medir temperaturas localizadas, o que é muito importante para uma colmeia saudável e o ciclo de vida das abelhas. “Medir a temperatura não é simples dentro de uma colônia de abelhas… O legal desse aparelho é que uma vez bem integrado na colônia, as abelhas cercam os sensores [embedded in it].” Caso contrário, os apicultores e cientistas dependem principalmente de dados externos de temperatura, que nem sempre são precisos.

Foram necessárias algumas iterações para que a equipe da EPFL–Universidade de Graz acertasse o design. O dispositivo robótico final se parece com uma estrutura de apicultura com um painel eletrônico na parte superior. “Bem no meio, há uma placa de circuito impresso [PCB], onde temos os atuadores térmicos, os sensores, toda a eletrônica de suporte para fazer tudo isso funcionar”, diz Barmak. “Temos um microcontrolador, que é um processador para orquestrar todas as [workings].” As abelhas não pegaram o primeiro desenho, apenas o PCB, revestido com resina e coberto com cera. Depois disso, os pesquisadores decidiram adicionar uma moldura de modelo de construção e, depois de experimentar alguns materiais diferentes, acabaram conquistando a colônia com uma malha de corte a laser de 1 mm de espessura.

As matrizes de sensores do sistema foram capazes de detectar o colapso térmico iminente de uma colônia. Isso acontece quando a temperatura cai perigosamente para baixo (abaixo de 10º Celsius para a abelha européia, ponto em que as abelhas não conseguem bater as asas para gerar calor). “Vimos que as abelhas pararam de se mover e, então, analisamos os dados térmicos… e percebemos que elas estavam com problemas”, diz Barmak. Os pesquisadores decidiram usar os atuadores térmicos, até então usados ​​para estudar comportamentos coletivos na colônia, para aumentar o calor e, assim, salvar as abelhas.

Barmak e sua equipe também usaram estímulos térmicos para mover as abelhas dentro da colônia, algo que não havia sido tentado antes com colônias de inverno. Eles notaram que as abelhas seguiam os estímulos térmicos com muita precisão e observaram padrões de comportamento até então desconhecidos, o que poderia ser útil para desenvolver outras tecnologias apícolas. Eles agora estão preparando seu sistema robótico para estudar as colônias de verão, o que será um pouco mais difícil, pois as abelhas são muito mais ativas.

A coisa mais importante sobre esse sistema robótico, diz Barmak, é que ele permite que os cientistas estudem esses animais de maneiras mais novas e expandam o conhecimento disponível. Além da curiosidade científica, diz ele, mostra as possibilidades de usar sistemas robóticos interativos para observar colônias de animais e, em seguida, usar os dados para criar novos dispositivos de agricultura eletrônica, sensores e muito mais para o campo.