Алтернатива ли са пчелите роботи?

Наричани още механични пчели, пчелите роботи са машини, предназначени да имитират работата на истинските пчели. Това означава, че могат да опрашват растения, както и да наблюдават здравето на пчелните кошери и при възникнала необходимост да повлияват върху поведението на естествените пчели в желана посока. Те се използват за увеличаване на производителността в агроиндустрията, особено в днешните условия, когато глобалната популация на пчелите става все по-уязвима. В настоящата статия ще разгледаме новите възможности, които изкуственият интелект привежда в действие чрез пчелите роботи. 

Текст: списание АгроБио Техника

От векове пчелите са от полза за хората, растенията и околната среда. Пренасяйки цветен прашец между цветовете на растенията, пчелите и другите опрашите ли позволяват не само производството на изобилие от растителни храни, но и повече разнообразие и по-добро качество, което допринася за продоволствената сигурност.
Опрашването има положително въздействие върху околната среда, като спомага за поддържането на биоразнообразието и жизнените екосистеми, които оказват пряко влияние върху земеделието и изхранването на човечеството. Опрашителите осигуряват кръстосване на гени и по този начин възпроизвеждане на много растения. По последни официални данни от Организацията по прехрана и земеделие на ООН опрашителите допринасят за 35 процента от общото производство на култури в световен мащаб, опрашвайки 87 от 115 водещи хранителни култури в света.

Предизвикателства пред пчелите и изхранването

В много райони изобилието и разнообразието на пчелите намалява. В световен мащаб има няколко заплахи, пред които са изправени пчелите. Такива са изменение на климата, загуба на местообитания, вредители и болести, които водят до драматичен спад както на дивите, така и на отглежданите пчели. Интензивното монокултурно производство и неправилната употреба на пестициди също представляват сериозни заплахи за опрашителите, като намаляват достъпа им до храна и места за живот, излагат ги на вредни химикали и отслабват имунната им система.

Междувременно световното човешко население се увеличава бързо, а заедно с него нараства търсенето на храна. Според Саймън Потс, професор по биоразнообразие и екосистемни услуги в Редингския университет, търсенето и предлагането на храни поставят предизвикателства за бъдещето. Мнението му е, че опрашителите са в състояние да отговорят на по-голямата част от търсенето, но не на цялото.

Пчелите роботи дават потенциални решения

Пчелите роботи представляват потенциално решение на споменатите проблеми. Изследователи и инженери от цял свят експериментират с различни подходи, за да могат роботите да вършат работата на истинските пчели. Техните творения се предлагат в различни форми и размери. Някои летят с витла и използват конски косми, покрити с йонен течен гел, за да събират и пренасят цветен прашец от едно растение на друго. Други имат гъвкави крила, задвижвани от изкуствени мускули и използват електростатичен пластир, за да кацнат на различни повърхности. А някои изобщо не летят. Вместо това се движат по земята и опрашват цветовете, като насочват към тях въздушни импулси. След няколко големи пробива през последните години, много от тези проекти не са далеч от комерсиална употреба.

Опрашване на култури

Един пример е BloomX, известен по-рано като Bumblebee AI, израелски стартъп, който използва изкуствен интелект и елементи на биомимикрия, за да опрашва културите. Приличайки на косачка за трева, машината на компанията е в състояние да имитира най-добрите естествени подходи за опрашване на определени култури. Единият е механизъм за кръстосано опрашване, който използва електрически заряд, за да събира цветен прашец от едно растение и да го прилага върху друго, като преминава между редовете култури, подобно на начина, по който медоносните пчели опрашват. Друг подход използва вибрация в основата на растението, за да инициира освобождаването на прашец, имитирайки как земните пчели опрашват култури като боровинки и ягоди.

Тези подходи, според основателя и главен изпълнителен директор на BloomX Тай Саде, са по-ефективни и устойчиви от използването на целево отглеждани медоносни пчели. В по-голямата си част опитомените пчели са управляван вид, подобно на селскостопанските животни, и се транспортират от едно място на друго, за да опрашват културите, които дават реколта за консумация. Когато се използват от човека и се транспортират от място на място по неестествен начин, пчелите са принудени да издържат на различни климатични условия и среди, в които не могат да работят с пълния си потенциал, което води до понижаване на  здравето им и по-слаба реколта. Отделните видове медоносни пчели имат различни предпочитания към цветовете на различните растения и различни технически начини на опрашване. Така че те не са универсални, ако искате да опрашвате много култури с търговска цел, според създателите на BloomX.

От 2020г. технологията на BloomX се използва за подпомагане на отглеждането на авокадо и боровинки в Южна Америка. Освен това е във фаза на научноизследователска и развойна дейност за пускане на машина, направена специално за използване в оранжерии - бързо развиващ се сектор в производството на храни. Няколко други компании също се стремят да имитират процеса на опрашване с роботи. Bluewhite Robotics използва дронове за опрашване на финикови палми в района на Араба, на юг от Мъртво море, ябълки в Северен Израел и бадемови градини в Калифорния. Съобщава се, че Arugga е първата компания, която комерсиализира роботизираното опрашване на домати, отглеждани в оранжерия. Нейният работещ с изкуствен интелект робот се движи нагоре и надолу по редовете доматени растения, използва компютърно зрение, за да определи дали дадено растение е готово за опрашване и след това блъска цветовете с калибрирани потоци въздух, за да започне опрашването. BrambleBee, разработен в университета на Западна Вирджиния, използва подобен метод със своите роботи за опрашване на къпини. Тези разработки показват нарастващия потенциал на роботизираните опрашители.

Поддържане здравето на кошера

Други изследователи не се фокусират върху имитирането на опрашване. Те изграждат роботи, които поддържат здравето на колонията. RoboRoyale е проект, който работи за комбиниране на няколко технологии - микро-роботизирани, биологични и такива за машинно обучение в система, която може да поддържа благосъстоянието на пчелната майка в кошера. Изследователи от няколко университета са разработили устройство с шест крака, което работи около кралицата с централна камера за нейното наблюдение, както и шест отделни изкуствени агенти, които са с размер на действителните медоносни пчели. Тези малки роботи са предназначени да се грижат за някои от задачите, които обикновено се изпълняват от двора на пчелната майка, като поддържането є, храненето и преместването є из кошера, така че тя да може да прави това, което умее най-добре - да снася яйца. Комбинирайки миниатюрна роботика, изкуствен интелект и машинно обучение, планът е роботизираните пчели да стимулират снасянето на яйца от майката.

Средно един кошер има от 20 000 до 30 000 пчели, повечето от които са просто опрашители. Те изминават много километри около кошера си до всякакви растения, носейки мед за него. Освен това има двор на кралицата, представен от пчелите работнички и придворни пчели, които се грижат за кралицата. Кралицата е майка на повечето, ако не и на всички, пчели в кошера. Тя може да живее повече от пет години, като снася между 175 000 до 200 000 яйца годишно. Кралиците са централната фигура в работата на кошера, поради което RoboRoyale фокусира вниманието си там - здравето на една кралица до голяма степен показва здравето на целия кошер, както и неговата ефективност на опрашване.

„Ако можем да контролираме поведението на цяла колония само с кралицата, това е минимално инвазивен начин за взаимодействие с тях“, казва г-н Арвин, доцент по роботика в университета Дърам и координатор на проекта RoboRoyale. „Ако искаме да увеличим опрашването по някое време на годината, можем да регулираме полетите на събирачите на храна в кошера, като коригираме някои системни параметри на RoboRoyale“.

RoboRoyale е в ранен етап на експериментиране и развитие. В момента работи с опитомени кошери с медоносни пчели в университета в Грац, Австрия, който поддържа свои собствени кошери за наблюдение. Крайната цел е да се комерсиализира продуктът, като се осигурят наблюдателни кошери и роботи RoboRoyale, които след това пчеларите могат да използват за своите собствени колонии и майки. Независимо дали се използват за опрашване или за наблюдение на здравето, пчелите роботи имат потенциала да осигурят различни ползи за селскостопанската индустрия.

Изпълняване на комплексни задачи

Вдъхновени от биологията на пчелата, със субмилиметрова анатомия и две тънки пластинчати крила, които се движат със скорост 120 размаха в секунда, роботизираните насекоми или RoboBees постигат вертикално излитане, реене и управление. Малките роботи, изобретени в Института по биологично инженерство на Вис в Харвардския университет, пляскат с криле с помощта на пиезоелектрични задвижващи механизми - ленти от керамика, които се разширяват и свиват, когато се приложи електрическо поле. Тънки закрепвания от пластмаса, вградени в рамката на тялото от въглеродни влакна, служат като стави, а деликатно балансирана система за управление командва ротационните движения на робота. Всяко крило се контролира независимо в реално време. Приложенията на RoboBees могат да включват мониторинг на околната среда, операции по търсене и спасяване и помощ при опрашването на културите.

По-голяма продуктивност

Досега много проекти за пчели роботи са били успешни. Създателите на  BloomX твърдят, че с използване на техния продукт могат да се добият над 20 до 40% повече култури, отколкото ако се използват опитомени медоносни пчели. Съобщава се, че производителността на ботовете на Arugga е с 5-20% по-добра от тази на пчелите, които се опитват да имитират. Има и допълнително предимство - способността на тези роботи да събират и анализират данни за културите по пътя си, давайки на производителите повече информация за целите на контрола и позволявайки им да вземат по-информирани решения относно начините за подобряване на добива.

Въпреки че RoboRoyale все още е в начален етап, координаторът на проекта каза, че неговите малки роботи могат да имат голямо икономическо въздействие. „Ако можем да допринесем за увеличаване на опрашването, това означава по-високо качество на селското стопанство и по-добро производство на храни“, казва Арвин. Също така по-доброто благосъстояние на кралицата води до по-силна кралица, а това означава по-силна колония и по-добро производство на мед.

По-голяма устойчивост

Значителна част от опрашването на пчелите днес се извършва с опитомени медоносни пчели, а не с диви. А начините, по които се транспортират и използват, не са устойчиви. Според специалисти, те не могат да работят ефективно в селскостопанска среда, защото селското стопанство е различно от природата, следователно начинът, по който ги използваме, е много неустойчив - за тяхното здраве, за околната среда и за земята.

Поради изменението на климата медоносните пчели все повече действат по начини, които не са от полза за оцеляването на кошера им или за опрашването. Например, необичайно горещи дни могат да предизвикат двора на пчелната майка, да я подготви да снася яйца в неподходящото време на годината, което може да бъде опасно за оцеляването на целия кошер.

Земните пчели са друг често използван опрашител, но много страни не позволяват вносът им, за да се предотврати превръщането им в инвазивен вид. Arugga се стреми да работи най-вече в страни, където вносът на земни пчели не е разрешен. В Австралия, например, процесът на опрашване се извършва с ръчен труд. В този случай Arugga твърди, че нейните роботи са показали подобрения на добива с до 20%. Роботите им също могат да помогнат на производителите да избегнат неефективност, която идва с нормалното опрашване от земни пчели. Земните пчели например не могат да работят при екстремни горещини и могат да предават вируси между цветовете на растенията. Пчелите роботи нямат такива проблеми.

По-безопасно използване в оранжерии

Пчелите роботи имат потенциала да действат като почти диви опрашители в оранжерии, без да е необходимо цялата оранжерия да бъде отворена към дивата природа. Това е важно, защото оранжериите стават все по-популярна алтернатива на фермите на открито. Това са стриктно наблюдавани среди, които нямат нужда от пестициди. Проблемът с тези затворени системи е, че доста често те нямат диви опрашители, идващи от околната среда. Ако обаче ги отворите към околната среда, вредителите ще влязат вътре и това ще създаде проблем за качеството на храните и ще наложи използване на пестициди.

Предизвикателства пред технологията

Използването на пчели роботи идва със своя справедлив дял от потенциални предизвикателства. Добивът на метали, използвани в тяхната технология, оказва отрицателно въздействие върху околната среда, а масовото създаване на пчели роботи би допринесло за това. Също, ако пчела робот се счупи, докато е на полето, тя може да си остане там, заедно с тежките метали, литиевата батерия и други токсини, с които е пълна, замърсявайки средата. В допълнение, природозащитници считат, че въвеждането на нов опрашител, дори механичен, в дивата природа може да има огромно въздействие върху биоразнообразието на даден район. Освен ако не са изрично програмирани, пчелите роботи вероятно няма да опрашват диви цветя по начина, по който го правят естествените пчели, което може да има последствия в цялата екосистема.

Може би най-голямото предизвикателство за пчелите роботи е самото естество на задачата им - вършенето на работата на истинските пчели. Истинските пчели могат да летят с часове и да останат стабилни при вятър и дъжд. Те търсят цветя, които са на километри от домовете им, и използват усъвършенствани обонятелни и визуални знаци, за да намерят не само правилното цвете, но и правилните части от това цвете, за да вземат и оставят цветен прашец. Те са продукт на милиони години еволюция. Разбира се, всички тези способности и поведения са естествени за една истинска пчела, но са невероятно трудни дори за най-умните роботи. Нещо повече, много култури изискват специализирано поведение и техники, а пчелите имат цял репертоар от поведение, което могат да използват в зависимост от цветето, с което взаимодействат. Дори ако им бъде представен напълно нов цвят, пчелите са достатъчно умни, за да могат да измислят как да получат прашец от него. Тази изтънчена гъвкавост е трудно да бъде репликирана.

Очаквания

И все пак, може да нямаме голям избор дали да използваме пчели роботи. Очаква се световното население да нарасне с 25% до около 10 милиарда души до 2050г. За да отговори на търсенето, производството на храни ще трябва да се увеличи драстично. От друга страна намалява броят на опрашителите, особено на медоносните пчели, които вече са изправени пред собствените си уникални предизвикателства в лицето на загубата на местообитания, употребата на пестициди, изменението на климата и други фактори. Може да се нуждаем от помощта на пчели роботи, които да ни помогнат в тези трудности.