Ante la disminución de las colonias de abejas, los científicos están armando a las reinas con robots y colmenas inteligentes

Por Farshad Arvin, Martin Stefanec y Tomas Krajnik

Ya sean las noticias o el número cada vez menor de criaturas que golpean tus parabrisas, no se te habrá escapado que el mundo de los insectos está en mal estado.

En las últimas tres décadas, la biomasa world de insectos voladores se ha reducido en 75%. Entre las víctimas más notables de esta tendencia se encuentra el polinizador más importante del mundo, la abeja. En los Estados Unidos, El 48% de las colonias de abejas murieron Sólo en 2023, lo que lo convierte en el segundo año más mortífero registrado. Esta importante pérdida se debe en parte al trastorno del colapso de las colonias (CCD), la desaparición repentina de las abejas. Por el contrario, los países europeos reportan tasas más bajas, pero aún preocupantes, de pérdida de colonias, entre el 6% y el 32%.

Esta disminución provoca que muchos de nuestros cultivos alimentarios esenciales estén subpolinizados, un fenómeno que amenaza la sostenibilidad de nuestra sociedad. seguridad alimentaria.

Desmentiendo el mito de ciencia ficción de las abejas robóticas

Entonces, ¿qué se puede hacer? Dado El papel de los pesticidas en la disminución de las colonias de abejaslas soluciones comúnmente propuestas incluyen un alejamiento de la agricultura industrial y hacia formas de agricultura más sostenibles y con un uso menos intensivo de pesticidas.

Otros tienden a mirar hacia el extremo de la ciencia ficción, y algunos científicos imaginan que eventualmente podríamos reemplazar las abejas vivas por abejas robóticas. Estas abejas artificiales podrían interactuar con las flores como insectos naturales, manteniendo los niveles de polinización a pesar de la disminución del número de polinizadores naturales. La visión de los polinizadores artificiales contribuyó a diseños ingeniosos de Robots del tamaño de un insecto capaces de volar..

En realidad, tales invenciones son más efectivas para educarnos sobre las fantasías de los ingenieros que para revivir colonias de abejas, tan escasas son sus perspectivas de materializarse. En primer lugar, estos polinizadores artificiales tendrían que estar equipados para mucho más que simplemente volar. Las tareas diarias que lleva a cabo la abeja común incluyen buscar plantas, identificar flores, interactuar discretamente con ellas, localizar fuentes de energía, esquivar posibles depredadores y lidiar con condiciones climáticas adversas. Los robots tendrían que realizar todo esto en la naturaleza con un grado muy alto de confiabilidad, ya que cualquier robotic averiado o perdido puede causar daños y propagar la contaminación. En segundo lugar, queda por ver si nuestro conocimiento tecnológico sería siquiera capaz de fabricar tales inventos. Esto sin mencionar siquiera el precio de un enjambre de robots capaces de sustituir la polinización proporcionada por una sola colonia de abejas.

Dentro de una colmena inteligente

En lugar de intentar reemplazar las abejas con robots, nuestros dos últimos proyectos financiados por la Unión Europea proponen que los robots y las abejas realmente se unan. Si esto tuviera éxito, las colonias de abejas en dificultades podrían transformarse en entidades biohíbridas que consten de componentes biológicos y tecnológicos con habilidades complementarias. Se espera que esto impulse y asegure el crecimiento demográfico de las colonias a medida que más abejas sobrevivan durante los duros inviernos y produzcan más recolectoras para polinizar los ecosistemas circundantes.

El primero de estos proyectos, Hiveópolisinvestiga cómo la tecnología digital puede impulsar el complejo mecanismo descentralizado de toma de decisiones en una colonia de abejas. Iniciado en 2019 y finalizado en marzo de 2024, el experimento introduce tecnología en tres colmenas de observación que contienen cada una 4.000 abejas, en contraste con las 40.000 abejas de una colonia regular.

Dentro de esta casa inteligente de abejas, los panales tienen sensores de temperatura integrados y dispositivos de calefacción, lo que permite a las abejas disfrutar de condiciones óptimas dentro de la colonia. Dado que las abejas tienden a acurrucarse en lugares más cálidos, los panales también nos permiten dirigirlas hacia diferentes áreas de la colmena. Y como si ese management fuera poco, las colmenas también están equipadas con un sistema de portones electrónicos que monitorea los movimientos de los insectos. Ambas tecnologías nos permiten decidir dónde almacenan las abejas la miel y el polen, pero también cuándo abandonan los panales para permitirnos cosechar la miel. Por último, pero no menos importante, la colmena inteligente contiene una abeja danzante robótica que puede dirigir a las abejas en busca de alimento hacia áreas con plantas para ser polinizadas.

Debido a la pequeña escala del experimento, es imposible sacar conclusiones sobre hasta qué punto nuestras tecnologías pueden haber evitado las pérdidas de abejas. Sin embargo, no hay duda de que lo que hemos visto hasta ahora da motivos para tener esperanza. Podemos afirmar con confianza que nuestras colmenas inteligentes permitieron a las colonias sobrevivir al frío extremo durante el invierno de una manera que de otro modo no sería posible. Para evaluar con precisión cuántas abejas han salvado estas tecnologías sería necesario ampliar el experimento a cientos de colonias.

Mimando a la abeja reina

Nuestro segundo proyecto financiado con fondos europeos, RoboRoyale, se centra en la abeja reina y las abejas de su patio; en este caso, los robots monitorean e interactúan continuamente con su Alteza Actual.

En 2024, equiparemos cada colmena con un grupo de seis robots del tamaño de una abeja, que prepararán y alimentarán a la abeja reina para influir en la cantidad de huevos que pone. Algunos de estos robots estarán equipados con microbombas de jalea actual para alimentarla, mientras que otros contarán con microactuadores compatibles para prepararla. Luego, estos robots se conectarán a un brazo robótico más grande con cámaras infrarrojas, que monitorearán continuamente a la reina y sus alrededores.

Como lo demuestra la foto de la derecha y también la de abajo, ya hemos podido introducir con éxito el brazo robótico dentro de una colonia viva. Allí monitoreaba continuamente a la reina y determinaba su paradero mediante estímulos luminosos.

Emulando a las abejas obreras

En una segunda fase, se espera que los robots del tamaño de una abeja y su brazo robótico puedan emular el comportamiento de las obreras, las abejas hembras sin capacidad reproductiva que atienden a la reina y alimentan su jalea actual. Rica en agua, proteínas, carbohidratos, lípidos, vitaminas y minerales, esta sustancia nutritiva secretada por las glándulas de las abejas obreras permite a la reina poner hasta miles de huevos al día.

Las abejas obreras también limpian a la reina, lo que implica lamerla. Durante tales interacciones, recolectan algunas de las feromonas de la reina y las dispersan por toda la colonia a medida que avanzan por la colmena. La presencia de estas feromonas controla muchos de los comportamientos de la colonia y notifica a la colonia de la presencia de una reina. Por ejemplo, en caso de que muera la reina, se debe criar rápidamente una nueva reina a partir de un huevo puesto por la reina fallecida, dejando sólo un estrecho margen de tiempo para que la colonia reaccione.

Finalmente, se cree que las abejas obreras también pueden actuar como guías de la reina, llevándola a poner huevos en celdas de panal específicas. El tamaño de estas células puede determinar si la reina pone un huevo diploide o haploide, lo que hace que la abeja se convierta en abeja zángano (macho) o obrera (hembra). Asumir estas funciones rectoras podría afectar nada menos que a toda la tasa reproductiva del país.

Cómo los robots pueden prevenir el canibalismo de las abejas

Esto podría tener otro efecto virtuoso: prevenir el canibalismo.

Durante tiempos difíciles, como largos períodos de lluvia, las abejas tienen que conformarse con una pequeña ingesta de polen. Esto los obliga a alimentar con larvas jóvenes a las más viejas para que al menos las larvas más viejas tengan la oportunidad de sobrevivir. A través de RoboRoyale, no solo buscaremos reducir las posibilidades de que ocurra este comportamiento, sino también cuantificar en qué medida ocurre en condiciones normales.

En última instancia, nuestros robots nos permitirán profundizar nuestra comprensión de los complejos procesos de regulación dentro de las colonias de abejas a través de novedosos procedimientos experimentales. Los conocimientos adquiridos en estas nuevas vías de investigación serán necesarios para proteger mejor a estos valiosos insectos sociales y garantizar una polinización suficiente en el futuro, una empresa de gran importancia para la seguridad alimentaria.

Este artículo es el resultado de la colaboración de The Dialog con Horizontela revista de investigación e innovación de la UE.

Farshad Arvin es miembro del Departamento de Ciencias de la Computación de la Universidad de Durham en el Reino Unido. La investigación de Farshad Arvin está financiada principalmente por los programas UE H2020 y Horizonte Europa.

Martin Stefanec es miembro del Instituto de Biología de la Universidad de Graz. Ha recibido financiación de los programas de la UE H2020 y Horizonte Europa.

Tomas Krajnik es miembro del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE). La investigación de Tomas Krajnik está financiada principalmente por el programa Horizonte H2020 de la UE y la Fundación Nacional Checa para la Ciencia.

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