Un sistema robotico che rivela il comportamento delle api

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Il sistema è presentato in un alveare sperimentale © Artificial Life Lab / Unive
Il sistema è presentato in un alveare sperimentale © Artificial Life Lab / Università di Graz / Hiveopolis
Gli scienziati dell’EPFL hanno sviluppato un sistema robotico a modulazione di temperatura che può essere perfettamente integrato negli alveari delle api sensibili. Grazie a questo sistema, è possibile osservare e persino influenzare comportamenti mai osservati prima.

Le api da miele sono notoriamente difficili da studiare. Gli strumenti e le condizioni di ricerca, e persino gli odori sconosciuti, possono disturbare il comportamento di una colonia. Un gruppo di ricerca congiunto del Mobile Robotic Systems Group della Facoltà di Ingegneria e della Facoltà di Informatica e Comunicazione dell’EPFL e del progetto Hiveopolis dell’Università di Graz, in Austria, ha sviluppato un sistema robotico che può essere integrato in modo discreto nella struttura di un alveare convenzionale.

Composto da una serie di sensori termici e attuatori, questo sistema misura e modula il comportamento delle api da miele attraverso variazioni di temperatura localizzate.

"Molte regole della società delle api - dalle interazioni collettive e individuali all’allevamento di covata sana - sono regolate dalla temperatura. Per questo motivo ne abbiamo approfittato per questo studio", spiega Rafael Barmak, dottorando all’EPFL e autore principale di un articolo sul sistema recentemente pubblicato sulla rivista Science Robotics. "I sensori termici creano un’istantanea del comportamento collettivo delle api, mentre gli attuatori ci permettono di influenzare il loro movimento modulando i campi termici".

"Gli studi precedenti sul comportamento termico delle api da miele in inverno si basavano sull’osservazione delle api o sulla manipolazione della temperatura esterna", aggiunge Martin Stefanec dell’Università di Graz. "Il nostro sistema robotico ci permette di modificare la temperatura dall’interno del grappolo, imitando così il comportamento termico del nucleo dell’ape e consentendoci di studiare come il grappolo invernale regoli attivamente la propria temperatura".

Un "superorganismo bioibrido" per limitare il collasso delle colonie

Le colonie di api sono difficili da studiare in inverno perché sono sensibili al freddo e l’apertura degli alveari può danneggiarle e influenzarne il comportamento. Ma grazie al loro sistema robotico biocompatibile, gli scienziati hanno potuto studiare tre alveari sperimentali presso il Laboratorio di Vita Artificiale dell’Università di Graz in inverno e controllarli a distanza dall’EPFL. Il sistema è dotato di un processore centrale che coordina i sensori, invia comandi agli attuatori e trasmette i dati agli scienziati, dimostrando che può essere utilizzato per studiare le api senza intrusioni e senza nemmeno una telecamera.

Francesco Mondada, responsabile del gruppo Mobile Robotic Systems, spiega che uno degli aspetti più importanti del sistema - che definisce un "superorganismo bioibrido" perché combina la robotica e una colonia di individui che agiscono come un’entità vivente - è la capacità di osservare e influenzare contemporaneamente il comportamento delle api.

"Raccogliendo dati sulla posizione delle api e creando aree più calde nell’alveare, siamo stati in grado di incoraggiarle a muoversi in un modo che non farebbero mai in natura in inverno, dove tendono a raggrupparsi per risparmiare energia. Questo ci permette di agire per conto di una colonia, ad esempio indirizzandola verso una fonte di cibo o scoraggiandola dal dividersi in gruppi troppo piccoli, che possono minacciare la loro sopravvivenza".

Gli scienziati sono riusciti a prolungare la sopravvivenza di una colonia dopo la morte della regina distribuendo energia termica tramite attuatori. La capacità del sistema di limitare il collasso delle colonie potrebbe avere un impatto sulla sopravvivenza delle api, che è diventata una preoccupazione crescente per l’ambiente e la sicurezza alimentare a causa del declino delle popolazioni di impollinatori in tutto il mondo.

Comportamento mai visto prima

Oltre al suo potenziale di supporto alle colonie, il sistema ha fatto luce su comportamenti delle api da miele precedentemente non osservati, aprendo nuove strade alla ricerca biologica.

"Gli stimoli termici generati localmente dal nostro sistema hanno rivelato dinamiche mai viste prima, che sollevano nuove interessanti domande e ipotesi", afferma Rob Mills, ricercatore post-dottorato dell’EPFL e autore della risorsa. "Ad esempio, al momento nessun modello è in grado di spiegare perché siamo riusciti a incoraggiare le api ad attraversare determinati intervalli di temperatura fredda nell’alveare".

Gli scienziati intendono ora utilizzare il sistema per studiare le api in estate, un periodo critico per l’allevamento delle giovani api. Nel frattempo, il Mobile Robotic Systems Group sta esplorando sistemi che utilizzano percorsi vibratori per interagire con le api da miele.

"La questione dell’accettazione biologica di questi sistemi robotici è cruciale: il fatto che le api abbiano accettato l’integrazione dell’elettronica nell’alveare dà al nostro sistema un grande potenziale per diverse applicazioni scientifiche o agricole", afferma Francesco Mondada.

Riferimenti

R. Barmak e M. Stefanec, D. N. Hofstadler, L. Piotet, S. Schönwetter-Fuchs-Schistek, F. Mondada, T. Schmickl, R. Mills (2023) Un favo robotico per l’interazione con una colonia di api. Scienza Robotica, vol. 8, numero 76. https://doi.org/10.1126­/sciroboti­cs.add7385