Исследователи, финансируемые ЕС, используют большие данные и интеллектуальные технологии для улучшения условий содержания пчел и предоставления рекомендаций пчеловодам.

Профессор Дирк де Грааф получает оповещение на свой смартфон с помощью электронного «пинга». Это сообщение от улья, который в беде.

Де Грааф, профессор биомедицинской физиологии и физиологии насекомых, а также руководитель Лаборатории молекулярной энтомологии и патологии пчел в Гентском университете (Бельгия), последние пять лет занимался разработкой системы сбора данных по ульям, которая, как он надеется, может значительно повысить показатели выживаемости.

Умные ульи

В рамках общеевропейской исследовательской инициативы, финансируемой ЕС, проекта B-GOOD , де Грааф и группа исследователей из 13 европейских стран объединили свои усилия в период с середины 2019 года по ноябрь прошлого года, чтобы изучить, как новые технологии могут помочь поддержать как здоровье пчел, так и устойчивость пчеловодства.

Исследователи создали систему мониторинга, которая может выявлять проблемы в улье и давать пчеловоду индивидуальные рекомендации о том, как вмешаться. Эта система является потенциально важным союзником для пчеловодов, которых в ЕС в 2021 году насчитывалось около 615 000.

Они разработали цифровую соту — тонкую плату, оснащенную различными датчиками, вокруг которых пчелы строят свои соты. Несколько таких сот в каждом улье могут затем передавать данные исследователям, обеспечивая мониторинг в реальном времени.

Следующим шагом было выяснить, как лучше всего интерпретировать данные. «Задача состояла в том, чтобы выяснить, какие параметры вносят наибольший вклад в состояние здоровья колонии», — сказал де Грааф.

В течение трех сезонов команда наблюдала за почти 400 колониями, разбросанными по 13 странам-участницам, что позволило им создать алгоритмы, помогающие интерпретировать данные, собранные с помощью цифровых сот.

«Оказывается, вес — хороший показатель того, выживет ли колония зимой», — сказал де Грааф. «Используя нашу технологию, мы теперь можем определять колонии, которым требуется вмешательство. Затем эта информация передается пчеловодам с помощью индивидуальных оповещений с конкретными инструкциями».

Технически подкованное пчеловодство

Пчелы являются ключевым видом, необходимым для опыления диких растений и многих культурных продовольственных культур, включая шоколад, кофе, томаты и чернику. По оценкам, около четырех из пяти видов сельскохозяйственных культур и дикорастущих цветущих растений в Европе зависят, по крайней мере в некоторой степени, от опыления насекомыми.

Однако численность диких опылителей в Европе и мире стремительно сокращается из-за совокупного воздействия изменения климата, потери среды обитания и повсеместного использования пестицидов. Согласно  Европейской Красной книге , популяции примерно одного из трех видов пчел, бабочек и журчалок находятся под угрозой. Для де Граафа воздействие пестицидов особенно пагубно.

«Очень часто пчелы не погибают сразу после воздействия пестицидов, но у них развиваются проблемы с памятью, и в конечном итоге они не возвращаются в свой улей», — сказал де Грааф.

Автоматический сбор данных об ульях уже используется некоторыми пчеловодами, в основном молодыми, которые разбираются в технологиях. Теперь цель состоит в том, чтобы продвигать использование этих инструментов во всем сообществе пчеловодов, что позволит собирать данные в более крупных масштабах. С этой целью исследователи тесно сотрудничают с  EU Bee Partnership , общеевропейской платформой по управлению данными и здоровьем пчел, созданной в 2017 году.

«Если бы больше пчеловодов полагались на это, это полностью изменило бы ситуацию; это помогло бы нам взглянуть на здоровье пчел под другим углом», — сказал де Грааф.

Разработанная технология также может помочь пчеловодам планировать будущие ульи. Команда B-GOOD использовала данные для создания виртуальных ландшафтов, которые предсказывают, как улей будет реагировать на определенные условия окружающей среды. «Это немного похоже на симулятор полета, но для пчеловодов», — сказал он.

Постоянное финансирование со стороны ЕС позволит исследователям B-GOOD продолжить свою ценную работу в рамках  исследовательской инициативы BETTER-B , которая продлится до мая 2027 года.

Вид изнутри улья

Профессор Томас Шмикль, профессор зоологии в Университете Граца (Австрия), также посвятил последние пять лет изучению использования передовых технологий для поддержки здоровья медоносных пчел в рамках другой финансируемой ЕС исследовательской инициативы под названием  HIVEOPOLIS , которая проводилась с 2019 года по март этого года.

Шмикль — основатель Лаборатории искусственной жизни (ALL) в Университете Граца, международной междисциплинарной исследовательской лаборатории, которая проводит исследования в области роевого интеллекта, самоорганизации, роевой робототехники и биологических алгоритмов.

Большая часть работы, проделанной в ALL, основана на том, чтобы черпать вдохновение из природы для информирования о достижениях в робототехнике. В HIVEOPOLIS исследователи переворачивают это и вместо этого смотрят на то, как достижения в робототехнике могут помочь поддержать природу. Шмикл называет эту концепцию  хакерством экосистемы.

«Пчелы чрезвычайно сильны. Если вы поддерживаете их, вы поддерживаете окружающую среду вокруг них», — сказал Шмикль. «Опыление можно поддерживать только с помощью пчел».

Он указывает, что при меньшем опылении насекомыми урожайность фермеров снизится, что приведет к росту цен на продукты питания. Это, в свою очередь, оказывает давление на фермеров, заставляя их принимать интенсивные экологически вредные методы ведения сельского хозяйства, которые приводят к дальнейшему сокращению популяции насекомых. Это порочный круг.

Как и команда B-GOOD, исследователи HIVEOPOLIS разработали цифровые соты, оснащенные датчиками. Измеряя температуру в разных точках улья, исследователи могут эффективно отображать то, что происходит внутри.

Например, это позволяет пчеловодам определить, где в улье находится расплод, так называемое гнездо расплода. Затем пчеловоды могут открыть улей, не потревожив чувствительную зону гнезда расплода.

Сохраняя тепло

Но цифровые соты HIVEOPOLIS — это не просто датчики: их можно активировать для нагрева определенных частей улья, что, по словам Шмикла, может существенно повлиять на показатели выживаемости.

«Многие колонии медоносных пчел погибают зимой», — сказал он. «Им нужен мед, чтобы выжить, но иногда эти хранилища находятся вне досягаемости, поэтому пчелы умирают от холода, пытаясь добраться до них». Помогая пчелам согреться зимой, пчеловоды могут повысить выживаемость колоний.

«Это первый раз, когда мы можем менять температуру изнутри соты, напрямую отправляя команду через интернет. Никто никогда этого не делал», — сказал он.

Первоначально было неясно, как пчелы отреагируют на технологию. Однако эксперименты подтвердили, что не только колонии отреагировали положительно, но и интеллект роя реагирует на изменения температуры, снижая собственное тепловыделение пчел, помогая им экономить энергию.

Танцующие пчелы

Вдохновленная работой австрийского исследователя Карла фон Фриша, команда HIVEOPOLIS также исследовала возможность общения с пчелами весьма оригинальным способом.

В 1973 году фон Фриш был удостоен Нобелевской премии за работу по расшифровке виляющего танца медоносных пчел — танца, используемого пчелами для сообщения о местонахождении источников пищи.

Он предположил, что угол к улью, форма танца и скорость виляющего движения — все это вместе указывает на направление и расстояние до источника пищи. Этот тип коммуникации посредством движения, по-видимому, уникален в мире насекомых и является источником интереса для исследователей.

Доктор Тим Ландграф, профессор искусственного и коллективного интеллекта в Свободном университете Берлина в Германии, одном из партнеров HIVEOPOLIS, еще больше расширил  свою более раннюю работу . Это включало разработку роботизированной танцующей пчелы RoboBee и дало первые указания на то, что пчелы могут быть готовы следовать примеру цифрового партнера.

В исследовательской лаборатории Ландграфа в ХИВЕОПОЛИСЕ была создана система для наблюдения за реальными танцами медоносных пчел и переноса их на карту с целью более детального анализа.

В конечном итоге команда HIVEOPOLIS полагает, что такой робот потенциально мог бы направлять медоносных пчел к безопасным местам кормления и уводить их от опасных зон, таких как места, загрязненные пестицидами или болезнями. Но сначала они хотят лучше понять танец.

Шмикль сказал, что он надеется увидеть, как пчеловоды извлекут пользу из проделанной работы. «У нас есть прототипы, теперь дело за свободным рынком, чтобы использовать эти технологии в более широких масштабах».