Este artículo fue publicado originalmente en Horizon, la revista de Investigación e Innovación de la UE.
24 febrero 2023 Por GARETH WILLMER
Las abejas robóticas y las raíces ofrecen la esperanza de un ambiente más saludable y suficiente comida
Se están desarrollando robots en miniatura que imitan a los organismos vivos para explorar y apoyar los ecosistemas de la vida real.
La robótica y la IA pueden ayudar a construir colonias de abejas más saludables, beneficiando la biodiversidad y el suministro de alimentos. © 0 Lorenzo Bernini 0, Shutterstock.com
Los replicantes robóticos de abejas se concentran en la desprevenida reina de una colmena. Pero a diferencia de los replicantes rebeldes en el thriller de ciencia ficción de 1982 Blade Runner, estos están aquí para trabajar.
Combinando robótica en miniatura, inteligencia artificial (IA) y aprendizaje automático, el plan es que las abejas robóticas estimulen la puesta de huevos en la reina, por ejemplo, alimentándola con los alimentos adecuados en el momento adecuado.
Sobrevive y prospera
«Planeamos afectar a todo un ecosistema interactuando con un solo animal, la reina», dijo el Dr. Farshad Arvin, un robotista y científico informático de la Universidad de Durham en el Reino Unido. «Si podemos mantener actividades como la puesta de huevos en el momento adecuado, esperamos tener crías más saludables y colonias más activas y saludables. Esto mejorará la polinización».
Mientras eso sucede por encima de la superficie, las raíces robóticas que transforman la forma que pueden adaptarse e interactuar con plantas y hongos reales están trabajando duro bajo tierra. Allí, las plantas y sus socios fúngicos forman vastas redes.
Estas abejas robóticas y raíces están siendo desarrolladas por dos proyectos financiados con fondos europeos. Ambas iniciativas están investigando cómo las versiones artificiales de los seres vivos centrales para mantener los ecosistemas pueden ayudar a los organismos de la vida real y su entorno a sobrevivir y prosperar, al tiempo que garantizan que los alimentos para las personas sigan siendo abundantes.
«Si podemos mantener actividades como la puesta de huevos en el momento adecuado, esperamos tener crías más saludables.
Dr. Farshad Arvin, RoboRoyale
Eso podría ser crucial para el futuro a largo plazo del planeta, particularmente con muchas especies que actualmente enfrentan fuertes disminuciones de población como resultado de amenazas que incluyen la pérdida de hábitat, la contaminación y el cambio climático.
Uno de los que están en riesgo es la abeja, una especie clave en la polinización de insectos requerida para el 75% de los cultivos cultivados para la alimentación humana a nivel mundial.
Apto para una reina
El proyecto RoboRoyale que lidera Arvin combina tecnologías microrobóticas, biológicas y de aprendizaje automático para nutrir el bienestar de la abeja reina melífera. El proyecto está financiado por el programa Pathfinder del Consejo Europeo de Innovación.
Un aspecto único de RoboRoyale es su único enfoque en la reina en lugar de toda la colonia, según Arvin. Dijo que la idea es demostrar cómo el apoyo a un solo organismo clave puede estimular la producción en todo el medio ambiente, afectando potencialmente a cientos de millones de organismos.
El sistema multi-robot, que el equipo espera comenzar a probar en los próximos meses, aprenderá con el tiempo cómo preparar a la reina para optimizar su puesta de huevos y la producción de feromonas, olores químicos que influyen en el comportamiento de la colmena.
El sistema se está implementando en colmenas de observación de vidrio artificial en Austria y Turquía, con los replicantes de abejas diseñados para reemplazar a las llamadas abejas de la corte que normalmente interactúan con la reina.
Alimentos para crías
Uno de los objetivos es que las abejas robot puedan estimular potencialmente la puesta de huevos al proporcionar a la reina alimentos específicos ricos en proteínas en el momento justo para impulsar esta actividad. A su vez, un beneficio esperado es que un aumento resultante en las abejas y los vuelos de forrajeo significaría una polinización más fuerte del ecosistema circundante para apoyar el crecimiento de las plantas y los animales.
El sistema permite que de seis a ocho abejas robóticas, algunas equipadas con microcámaras, sean dirigidas dentro de una colmena de observación por un controlador conectado a ellas desde el exterior. El objetivo final es hacer que las abejas robot sean completamente autónomas.
El diseño conceptual del controlador robótico RoboRoyale. © Farshad Arvin, 2023
Antes de esto, el equipo de RoboRoyale observó abejas reinas en varias colmenas utilizando cámaras de alta resolución y software de análisis de imágenes para obtener más información sobre su comportamiento.
El equipo capturó más de 150 millones de muestras de las trayectorias de las reinas dentro de la colmena y metraje detallado de sus interacciones sociales con otras abejas. Ahora está analizando los datos.
Una vez que el sistema robótico completo esté suficientemente probado, los investigadores de RoboRoyale esperan que fomente la comprensión del potencial de la tecnología biohíbrida no solo en las abejas sino también en otros organismos.
«Podría conducir a un nuevo tipo de tecnología sostenible que tenga un impacto positivo en los ecosistemas circundantes», dijo Arvin.
Wood Wide Web
El otro proyecto, I-Wood, está explorando un tipo muy diferente de red social, una que es clandestina.
Los científicos del Instituto Italiano de Tecnología (IIT) en Génova están estudiando lo que llaman la Wood Wide Web. Consiste en raíces de plantas conectadas entre sí a través de una red simbiótica de hongos que les proporcionan nutrientes y les ayudan a compartir recursos y comunicarse.
«La biomímesis en robótica y tecnología tendrá un papel fundamental para salvar nuestro planeta».
Dra. Barbara Mazzolai, I-Wood
Para comprender mejor estas redes y encontrar formas de estimular su crecimiento, I-Wood está desarrollando raíces robóticas suaves y cambiantes que pueden adaptarse e interactuar con plantas y hongos reales. La idea es que una raíz de planta robótica use una impresora 3D miniaturizada en su punta para permitirle crecer y ramificarse, capa por capa, en respuesta a factores ambientales como la temperatura, la humedad y los nutrientes disponibles.
«Estas tecnologías ayudarán a aumentar el conocimiento sobre la relación entre simbiontes y huéspedes», dijo la doctora Barbara Mazzolai, especialista en robótica del IIT que dirige el proyecto.
El equipo de Mazzolai tiene un invernadero donde cultiva plantas de arroz inoculadas con hongos. Hasta ahora, los investigadores han examinado por separado el crecimiento de raíces y hongos.
Pronto, planean fusionar sus hallazgos para ver cómo, cuándo y dónde ocurre la interacción entre los dos y qué moléculas involucra.
Los hallazgos pueden ser utilizados más tarde por los robots de I-Wood para ayudar a que la simbiosis natural entre hongos y raíces funcione de la manera más efectiva posible. El equipo espera comenzar a experimentar con robots en el invernadero a finales de este año.
Las raíces robóticas pueden programarse para moverse de forma autónoma, ayudadas por sensores en sus puntas, según Mazzolai. Al igual que la forma en que las raíces reales o las lombrices de tierra se mueven bajo tierra, también buscarán pasajes que sean más fáciles de mover debido a un suelo más suave o menos compacto.
Ajustes del comercio
Pero hay desafíos al combinar la robótica con la naturaleza.
Por ejemplo, las abejas son sensibles a los objetos extraños en su colmena y pueden eliminarlos o cubrirlos con cera. Esto hace que sea difícil usar elementos como etiquetas de seguimiento.
Sin embargo, las abejas se han vuelto más tolerantes después de que el equipo modificó elementos de las etiquetas, como su recubrimiento, materiales y olor, según Arvin de RoboRoyale.
A pesar de estos desafíos, Arvin y Mazzolai creen que la robótica y la inteligencia artificial podrían desempeñar un papel clave en el mantenimiento de los ecosistemas y el medio ambiente a largo plazo. Para Mazzolai, el atractivo radica en el potencial de las tecnologías para ofrecer un análisis más profundo de las interacciones poco comprendidas entre plantas, animales y el medio ambiente.
Por ejemplo, con la red subterránea de raíces de plantas y hongos que se cree que es crucial para mantener ecosistemas saludables y limitar el calentamiento global al bloquear el carbono, las raíces robóticas del proyecto pueden ayudar a arrojar luz sobre cómo podemos proteger y apoyar estos procesos naturales.
«La biomímesis en robótica y tecnología tendrá un papel fundamental en salvar nuestro planeta», dijo Mazzorai.
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