机器人系统被用于研究蜂群中的集体行为

EPFL AND UNIVERSITY OF GRAZ/SCIENCE ROBOTICS

交互式机器人是一个相对较新的研究领域，但在短时间内，它已经能够从只执行预先编程的重复任务发展到了更复杂的活动，包括与生物的互动。例如，生物相容性和仿生机器人正越来越多地被用于研究动物和植物。

Animal-in-the-loop机器人系统在研究集体行为方面尤其有效，而传统方法在其他方面具有挑战性。这些系统不仅为动物行为和保护研究提供了新的见解，还推动了机器人工程的创新。瑞士洛桑理工学院（EPFL）和奥地利格拉茨大学最近的一项合作证明了animal-in-the-loop系统的有效性，他们开发了一个伪装成蜂窝板的机器人系统，并将其集成到蜂群中。

利用机器人系统，研究人员在2020年和2021年冬季对三个欧洲蜜蜂群落进行了非侵入性研究。研究人员能够研究蜂群中的集体体温调节行为，通过调节温度影响蜜蜂在蜂巢内的运动，并注意到新的运动模式。该小组于3月在《科学机器人》杂志上发表了他们的研究结果。

EPFL的博士生、该研究的作者之一Rafael Barmak说：“基本上，我们的设备是一个奇怪的机器人系统，不仅具有生物相容性，而且它有一堆传感器、电子设备和热致动器，可以与蜂群相互作用。” 蜜蜂是有很强的领地保护意识的，它们会破坏或隐藏蜂巢中的任何异物。因此，在设计他们的系统时，工程师们不仅要考虑到所需的机器人功能，还要考虑到蜜蜂的社会行为。

EPFL AND UNIVERSITY OF GRAZ/SCIENCE ROBOTICS

Barmak说，使用机器人研究动物意味着乏味、重复的任务可以自动化，比如测量局部温度，这对健康的蜂巢和蜜蜂的生命周期非常重要。“在蜂群内测量温度并不简单……这种设备的益处在于，一旦它很好地集成在蜂群中，蜜蜂就会包围（嵌入其中的）传感器。” 否则，养蜂人和科学家大多不得不依赖外部温度数据，这并不总是准确的。

格拉茨大学的EPFL团队花了几次迭代才完成设计。最后的机器人设备看起来像一个养蜂架，顶部有一个电子面板。Barmak说：“在最中间，有一块印刷电路板（printed circuit board，PCB），我们在那里有热致动器、传感器和所有支持的电子设备来实现这一切。我们有一个微控制器，它是一个协调所有（工作）的处理器。” 蜜蜂们没有采用第一个设计，只采用了涂有树脂和蜡的PCB。之后，研究人员决定添加一个建筑模板框架，在尝试了几种不同的材料后，最终选择了使用1毫米厚的激光切割网格。

该系统的传感器阵列甚至能够探测到即将发生的热坍塌情况。当温度降到比较危险的低水平时（欧洲蜜蜂的温度低于10ºC，此时蜜蜂无法拍打翅膀产生热量），就会发生这种情况。Barmak说：“我们看到蜜蜂已经停止移动，然后我们查看了温度数据……意识到它们有麻烦了。”研究人员决定使用热致动器来提高温度，从而拯救了蜜蜂。迄今为止，热致动器被用于研究蜂群中的集体行为。

Barmak和他的团队还使用热刺激来移动蜂群内的蜜蜂，这是以前在冬季蜂群中从未尝试过的。他们注意到蜜蜂非常精确地遵循热刺激的条件，并观察到以前未知的行为模式，这可能有助于开发其他养蜂技术。他们现在正在准备机器人系统来研究夏季蜂群，这将有点困难，因为那时蜜蜂要活跃得多。

Barmak说，这个机器人系统最重要的一点是，它使科学家能够以新的方式研究这些动物，并扩展现有的知识。他说，除了科学好奇心之外，它还展示了使用交互式机器人系统观察动物群落的可能性，然后利用这些数据为该领域创建新的电子农业设备、传感器等。