Роботизированные пчелы-репликанты набрасываются на ничего не подозревающую королеву улья. Но в отличие от мятежных репликантов из научно-фантастического триллера "Бегущий по лезвию" 1982 года, эти пчелы будут работать.

Сочетая миниатюрную робототехнику, искусственный интеллект (ИИ) и машинное обучение, роботы-пчелы должны стимулировать откладку яиц королевой, например, кормя ее нужными продуктами в нужное время.
Выжить и процветать

"Мы планируем повлиять на целую экосистему, взаимодействуя только с одним единственным животным - королевой", - говорит доктор Фаршад Арвин, робототехник и компьютерный ученый из Даремского университета в Великобритании. "Если мы сможем поддерживать такие виды деятельности, как откладка яиц, в нужное время, мы ожидаем более здоровые выводки и более активные и здоровые колонии. Это улучшит опыление".

Пока все это происходит над поверхностью земли, под землей вовсю трудятся роботы-корни, которые могут адаптироваться и взаимодействовать с настоящими растениями и грибами. Там растения и их грибковые партнеры образуют обширные сети.

Эти роботизированные пчелы и корни разрабатываются в рамках двух проектов. Оба проекта изучают, как искусственные версии живых существ, играющих ключевую роль в поддержании экосистем, могут помочь реальным организмам и окружающей среде выжить и процветать, обеспечивая при этом изобилие пищи для людей.

Это может иметь решающее значение для долгосрочного будущего планеты, особенно с учетом того, что многие виды в настоящее время сталкиваются с резким сокращением численности популяции в результате угроз, включающих потерю среды обитания, загрязнение и изменение климата.

Одним из таких видов, находящихся под угрозой, является медоносная пчела - ключевой вид насекомых-опылителей, необходимых для опыления 75% сельскохозяйственных культур, выращиваемых для питания людей во всем мире.
Подходит для королевы

Проект RoboRoyale, которым руководит Арвин, объединяет микророботы, биологические технологии и технологии машинного обучения для обеспечения благополучия пчелиной матки.

По словам Арвина, уникальный аспект проекта RoboRoyale заключается в том, что он сосредоточен исключительно на матке, а не на всей колонии. По его словам, идея заключается в том, чтобы продемонстрировать, как поддержка одного ключевого организма может стимулировать производство во всей среде, потенциально влияя на сотни миллионов организмов.

Многороботная система, которую команда надеется начать тестировать в ближайшие месяцы, со временем научится ухаживать за королевой, чтобы оптимизировать откладку яиц и производство феромонов - химических запахов, влияющих на поведение улья.

Система развертывается в искусственных стеклянных ульях в Австрии и Турции, причем пчелы-репликанты призваны заменить так называемых придворных пчел, которые обычно взаимодействуют с королевой.
Пища для расплода

Одна из целей заключается в том, что роботы-пчелы могут стимулировать откладку яиц, предоставляя матке в нужное время пищу, богатую белком, для активизации этой деятельности. В свою очередь, ожидается, что увеличение числа пчел и кормовых полетов будет способствовать более интенсивному опылению окружающей экосистемы для поддержания роста растений и животных.

Система позволяет управлять шестью-восемью роботизированными придворными пчелами, некоторые из которых оснащены микрокамерами, внутри наблюдательного улья с помощью контроллера, прикрепленного к ним снаружи. Конечная цель - сделать пчел-роботов полностью автономными.

До этого команда RoboRoyale наблюдала за пчелами-матками в нескольких ульях с помощью камер высокого разрешения и программного обеспечения для анализа изображений, чтобы лучше понять их поведение.

Команда захватила более 150 миллионов образцов траекторий движения маток внутри улья и подробные кадры их социального взаимодействия с другими пчелами. Сейчас она анализирует полученные данные.

Исследователи RoboRoyale надеются, что после того, как роботизированная система будет достаточно протестирована, она будет способствовать пониманию потенциала биогибридных технологий не только у пчел, но и у других организмов.

"Это может привести к созданию нового типа устойчивой технологии, которая положительно повлияет на окружающие экосистемы", - говорит Арвин.

Wood Wide Web

Другой проект, I-Wood, исследует совершенно иной тип социальной сети - подземный.

Ученые из Итальянского технологического института (IIT) в Генуе изучают то, что они называют древесной паутиной. Она состоит из корней растений, связанных друг с другом симбиотической сетью грибов, которые обеспечивают их питательными веществами и помогают им обмениваться ресурсами и общаться.

Чтобы лучше понять эти сети и найти способы стимулировать их рост, I-Wood разрабатывает мягкие, меняющие форму роботизированные корни, которые могут адаптироваться и взаимодействовать с настоящими растениями и грибами. Идея заключается в том, чтобы роботизированный корень растения использовал миниатюрный 3D-принтер в своей верхушке, что позволит ему расти и разветвляться, слой за слоем, в ответ на факторы окружающей среды, такие как температура, влажность и доступные питательные вещества.

"Эти технологии помогут расширить знания об отношениях между симбионтами и хозяевами", - говорит доктор Барбара Маццолай, робототехник IIT, возглавляющая проект.

У команды Маццолаи есть теплица, где она выращивает растения риса, инокулированные грибками. До сих пор исследователи отдельно изучали рост корней и грибков.

Вскоре они планируют объединить свои результаты, чтобы увидеть, как, когда и где происходит взаимодействие между ними и какие молекулы в нем участвуют.

Полученные данные впоследствии могут быть использованы роботами I-Wood, чтобы помочь естественному симбиозу между грибами и корнями работать как можно эффективнее. Команда надеется начать эксперименты с роботами в теплице к концу этого года.

По словам Маццолая, роботизированные корни можно запрограммировать на автономное движение, которому будут способствовать датчики на их кончиках. Подобно тому, как настоящие корни или дождевые черви передвигаются под землей, они будут искать проходы, по которым легче двигаться из-за более мягкой или менее компактной почвы.
Тонкости работы

Но в объединении робототехники с природой есть свои сложности.

Например, пчелы чувствительны к чужеродным предметам в своем улье и могут удалить их или покрыть воском. Это затрудняет использование таких предметов, как метки слежения.

Однако, по словам Арвина из RoboRoyale, пчелы стали более терпимыми после того, как команда подкорректировала такие элементы меток, как их покрытие, материалы и запах.

Несмотря на эти трудности, Арвин и Маццолай считают, что робототехника и искусственный интеллект могут сыграть ключевую роль в сохранении экосистем и окружающей среды в долгосрочной перспективе. По мнению Маззолая, привлекательность технологий заключается в том, что они могут предложить более глубокий анализ малопонятных взаимодействий между растениями, животными и окружающей средой.

Например, считается, что подземная сеть корней растений и грибов имеет решающее значение для поддержания здоровых экосистем и ограничения глобального потепления за счет связывания углерода, поэтому роботизированные корни проекта могут помочь пролить свет на то, как мы можем защитить и поддержать эти природные процессы.

"Биомимикрия в робототехнике и технологиях будет играть фундаментальную роль в спасении нашей планеты", - сказал Маццолай.