Cercetătorii dezvoltă acum roboți miniaturali care imită organismele vii, pentru a explora și sprijini ecosistemele vieții reale.
Albinele robot se îndreaptă spre albina matcă a stupului, care nu bănuiește nimic. Spre deosebire însă de replicanții răzvrătiți din thrillerul science-fiction Blade Runner (1982), aceste albine sunt aici ca să muncească.
Combinând robotica miniaturală, inteligența artificială (AI) și învățarea automată, planul este ca albinele robotice să stimuleze depunerea de ouă de către albina matcă, de exemplu, dându-i hrana potrivită la momentul potrivit.
Supraviețuire și dezvoltare
„Planul nostru este să influențăm un întreg ecosistem interacționând cu o singură viețuitoare, albina matcă”, a spus dr. Farshad Arvin, specialist în robotică şi informatică la Universitatea Durham din Regatul Unit.
„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 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 menite să asigure hrana oamenilor la nivel mondial.
Demn de o regină
Proiectul RoboRoyale condus de Arvin îmbină tehnologiile microrobotice, biologice și de învățare automată pentru a ocroti bunăstarea albinei matcă. Proiectul este finanțat prin programul Pathfinder al Consiliului European pentru Inovare.
Un aspect unic al RoboRoyale este focalizarea exclusivă pe albina matcă, mai degrabă decât pe întreaga colonie, potrivit lui Arvin. 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 albina 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 din sticlă în Austria și Turcia, albinele replicante fiind concepute să înlocuiască așa-numitele albine de curte 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 pentru a stimula această activitate.
Apoi, un beneficiu preconizat este că creșterea rezultată a numărului de albine și a deplasărilor pentru căutarea hranei va duce la o polenizare mai largă a ecosistemului înconjurător, sprijinind astfel dezvoltarea plantelor și a animalelor.
Sistemul permite ca șase până la opt albine robotice de curte, 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.
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, 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 îi 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, specialist în robotică 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 își 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 datorită solului 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 am putea proteja și sprijini aceste procese naturale.
„Biomimetismul în robotică și tehnologie va avea un rol fundamental în salvarea planetei noastre”, a mai spus Mazzolai.
Articol de Gareth Willmer
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.