Onderzoekers van de Universiteit van Washington hebben een sensorpakket gemaakt dat klein genoeg is om aan boord van een hommel te rijden.

Boeren kunnen nu al drones gebruiken om over enorme velden te vliegen en de temperatuur te bewaken, vochtigheid of gewasgezondheid. Maar deze machines hebben zoveel kracht nodig om te vliegen dat ze niet ver kunnen komen zonder te worden opgeladen.

Nutsvoorzieningen, ingenieurs van de Universiteit van Washington hebben een sensorsysteem gemaakt dat klein genoeg is om aan boord van een hommel te rijden. Omdat insecten zelf kunnen vliegen, het pakket vereist slechts een kleine oplaadbare batterij die zeven uur mee kan vliegen en vervolgens kan worden opgeladen terwijl de bijen 's nachts in hun bijenkorf zijn. Het onderzoeksteam zal zijn bevindingen op 11 december online en persoonlijk presenteren op de ACM MobiCom 2019-conferentie.

"Drones kunnen misschien 10 of 20 minuten vliegen voordat ze opnieuw moeten opladen, terwijl onze bijen urenlang gegevens kunnen verzamelen, " zei senior auteur Shyam Gollakota, een universitair hoofddocent aan de Paul G. Allen School of Computer Science &Engineering van de UW. "We hebben voor het eerst laten zien dat het mogelijk is om al deze berekeningen en waarnemingen daadwerkelijk uit te voeren met insecten in plaats van drones."

Terwijl het gebruik van insecten in plaats van drones het stroomprobleem oplost, deze techniek heeft zijn eigen complicaties:ten eerste, insecten kunnen niet veel gewicht dragen. En ten tweede, GPS-ontvangers, die goed werken om drones te helpen hun posities te melden, verbruiken te veel stroom voor deze toepassing. Om een ​​sensorpakket te ontwikkelen dat op een insect zou kunnen passen en zijn locatie zou kunnen detecteren, het team moest beide problemen aanpakken.

"We hebben besloten om hommels te gebruiken omdat ze groot genoeg zijn om een ​​kleine batterij te dragen die ons systeem van stroom kan voorzien. en ze keren elke nacht terug naar een bijenkorf waar we de batterijen draadloos kunnen opladen, " zei co-auteur Vikram Iyer, een promovendus bij de afdeling Electrical &Computer Engineering van de UW. "Voor dit onderzoek hebben we de beste methoden gevolgd voor de verzorging en behandeling van deze wezens."

Eerder hebben andere onderzoeksgroepen hommels voorzien van eenvoudige "rugzakken" door kleine trackers te superlijmen, zoals radiofrequentie-identificatie, of RFID, labels, om hun beweging te volgen. Voor dit soort experimenten onderzoekers zetten een bij een paar minuten in de vriezer om het te vertragen voordat ze de rugzak vastlijmen. Als ze klaar zijn met het experiment, het team verwijdert de rugzak via een soortgelijk proces.

Deze eerdere onderzoeken, echter, alleen rugzakken die eenvoudig de locaties van bijen volgden over korte afstanden - ongeveer 10 inch - en niets droegen om de omgeving rond de insecten te onderzoeken. Hier, Gollakota, Iyer en hun groep ontwierpen een sensorrugzak die op de ruggen van de bijen rijdt en 102 milligram weegt, of ongeveer het gewicht van zeven korrels ongekookte rijst.

"De oplaadbare batterij die de rugzak van stroom voorziet, weegt ongeveer 70 milligram, dus we hadden nog iets meer dan 30 milligram over voor al het andere, zoals de sensoren en het lokalisatiesysteem om de positie van het insect te volgen, " zei co-auteur Rajalakshmi Nandakumar, een doctoraatsstudent in de Allen School.

Omdat bijen niet adverteren waar ze vliegen en omdat GPS-ontvangers te veel energie verbruiken om op een klein insect te rijden, het team bedacht een methode die geen stroom verbruikt om de bijen te lokaliseren. De onderzoekers zetten meerdere antennes op die signalen van een basisstation over een bepaald gebied uitzonden. Een ontvanger in de rugzak van een bij gebruikt de sterkte van het signaal en het hoekverschil tussen de bij en het basisstation om de positie van het insect te trianguleren.

"Om het lokalisatiesysteem te testen, we deden een experiment op een voetbalveld, " zei co-auteur Anran Wang, een doctoraatsstudent in de Allen School. "We hebben ons basisstation opgesteld met vier antennes aan één kant van het veld, en toen hadden we een bij met een rugzak die rondvloog in een pot die we van de antennes verwijderden. We konden de positie van de bij detecteren zolang deze zich binnen 80 meter bevond, ongeveer driekwart van de lengte van een voetbalveld, van de antennes."

Vervolgens voegde het team een ​​reeks kleine sensoren toe:temperatuurbewaking, vochtigheid en lichtintensiteit - naar de rugzak. Op die manier, de bijen konden gegevens verzamelen en die informatie samen met hun locatie loggen, en uiteindelijk informatie verzamelen over een hele boerderij.

"Het zou interessant zijn om te zien of de bijen de voorkeur geven aan één regio van de boerderij en andere gebieden minder vaak bezoeken, " zei co-auteur Sawyer Fuller, een universitair docent bij de afdeling Werktuigbouwkunde van UW. "Alternatief, als je wilt weten wat er in een bepaald gebied gebeurt, je zou de rugzak ook kunnen programmeren om te zeggen:'Hé bijen, als u deze locatie bezoekt, een temperatuurmeting doen.'"

Als de bijen klaar zijn met hun dag van foerageren, ze keren terug naar hun bijenkorf waar de rugzak alle verzamelde gegevens kan uploaden via een methode die backscatter wordt genoemd, waarmee een apparaat informatie kan delen door radiogolven te reflecteren die worden uitgezonden door een nabijgelegen antenne.

Op dit moment kunnen de rugzakken slechts ongeveer 30 kilobytes aan gegevens opslaan, dus zijn ze beperkt tot het dragen van sensoren die kleine hoeveelheden gegevens creëren. Ook, de rugzakken kunnen alleen gegevens uploaden wanneer de bijen terugkeren naar de korf. Het team wil uiteindelijk rugzakken ontwikkelen met camera's die informatie over plantgezondheid live kunnen terugsturen naar boeren.

"Als insecten deze sensorsystemen dragen, kan dit gunstig zijn voor boerderijen, omdat bijen dingen kunnen waarnemen die elektronische objecten, zoals drones, kan niet, "Zei Gollakota. "Met een drone, je vliegt gewoon willekeurig rond, terwijl een bij wordt aangetrokken door specifieke dingen, net als de planten bestuift hij het liefst. En naast het leren over het milieu, je kunt ook veel leren over hoe de bijen zich gedragen."