I ricercatori dell'Università di Washington hanno creato un pacchetto di sensori abbastanza piccolo da poter salire a bordo di un calabrone.

Gli agricoltori possono già utilizzare i droni per sorvolare enormi campi e monitorare la temperatura, umidità o salute delle colture. Ma queste macchine hanno bisogno di così tanta potenza per volare che non possono andare molto lontano senza bisogno di una carica.

Ora, gli ingegneri dell'Università di Washington hanno creato un sistema di rilevamento abbastanza piccolo da poter essere guidato a bordo di un calabrone. Perché gli insetti possono volare da soli, il pacchetto richiede solo una minuscola batteria ricaricabile che potrebbe durare sette ore di volo e poi caricarsi mentre le api sono nel loro alveare di notte. Il team di ricerca presenterà i suoi risultati online l'11 dicembre e di persona alla conferenza ACM MobiCom 2019.

"I droni possono volare per forse 10 o 20 minuti prima di dover ricaricare di nuovo, mentre le nostre api possono raccogliere dati per ore, ", ha affermato l'autore senior Shyam Gollakota, un professore associato presso la Paul G. Allen School of Computer Science &Engineering dell'UW. "Abbiamo dimostrato per la prima volta che è possibile eseguire effettivamente tutto questo calcolo e rilevamento utilizzando gli insetti al posto dei droni".

Mentre l'uso di insetti al posto dei droni risolve il problema dell'alimentazione, questa tecnica ha la sua serie di complicazioni:in primo luogo, gli insetti non possono portare molto peso. E secondo, ricevitori GPS, che funzionano bene per aiutare i droni a segnalare le loro posizioni, consumare troppa energia per questa applicazione. Per sviluppare un pacchetto di sensori che possa adattarsi a un insetto e rilevarne la posizione, la squadra ha dovuto affrontare entrambi i problemi.

"Abbiamo deciso di utilizzare i bombi perché sono abbastanza grandi da trasportare una minuscola batteria in grado di alimentare il nostro sistema, e tornano in un alveare ogni notte dove potremmo ricaricare le batterie in modalità wireless, " ha detto il co-autore Vikram Iyer, uno studente di dottorato presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica UW. "Per questa ricerca abbiamo seguito i migliori metodi per la cura e la manipolazione di queste creature".

In precedenza altri gruppi di ricerca hanno dotato i bombi di semplici "zaini" incollando piccoli tracker, come l'identificazione a radiofrequenza, o RFID, tag, a loro di seguire il loro movimento. Per questo tipo di esperimenti, i ricercatori hanno messo un'ape nel congelatore per alcuni minuti per rallentarla prima di incollarla sullo zaino. Quando avranno finito con l'esperimento, la squadra rimuove lo zaino attraverso un processo simile.

Questi studi precedenti, però, coinvolgevano solo zaini che semplicemente tracciavano le posizioni delle api su brevi distanze, circa 10 pollici, e non trasportavano nulla per sorvegliare l'ambiente intorno agli insetti. Qui, Gollakota, Iyer e il loro gruppo hanno progettato uno zaino sensore che cavalca sulla schiena delle api e pesa 102 milligrammi, o circa il peso di sette chicchi di riso crudo.

"La batteria ricaricabile che alimenta lo zaino pesa circa 70 milligrammi, quindi avevamo poco più di 30 milligrammi rimasti per tutto il resto, come i sensori e il sistema di localizzazione per tracciare la posizione dell'insetto, " ha detto il co-autore Rajalakshmi Nandakumar, uno studente di dottorato alla Allen School.

Poiché le api non pubblicizzano dove stanno volando e poiché i ricevitori GPS sono troppo assetati di energia per cavalcare un minuscolo insetto, il team ha escogitato un metodo che non utilizza alcun potere per localizzare le api. I ricercatori hanno installato più antenne che trasmettevano segnali da una stazione base in un'area specifica. Un ricevitore nello zaino di un'ape utilizza la forza del segnale e la differenza di angolo tra l'ape e la stazione base per triangolare la posizione dell'insetto.

"Per testare il sistema di localizzazione, abbiamo fatto un esperimento su un campo da calcio, " ha detto il co-autore Anran Wang, uno studente di dottorato alla Allen School. "Abbiamo installato la nostra stazione base con quattro antenne su un lato del campo, e poi abbiamo avuto un'ape con uno zaino che volava in giro in un barattolo che abbiamo allontanato dalle antenne. Siamo stati in grado di rilevare la posizione dell'ape fintanto che si trovava entro 80 metri, circa tre quarti della lunghezza di un campo da calcio, delle antenne".

Successivamente il team ha aggiunto una serie di piccoli sensori:monitoraggio della temperatura, umidità e intensità della luce, allo zaino. Quel modo, le api potrebbero raccogliere dati e registrare tali informazioni insieme alla loro posizione, ed eventualmente compilare informazioni su un'intera fattoria.

"Sarebbe interessante vedere se le api preferiscono una regione della fattoria e visitano meno spesso altre zone, ", ha affermato il co-autore Sawyer Fuller, un assistente professore presso il Dipartimento di Ingegneria Meccanica UW. "In alternativa, se vuoi sapere cosa sta succedendo in una particolare area, potresti anche programmare lo zaino per dire:"Ehi api, se visiti questo luogo, prendi una lettura della temperatura.'"

Poi, dopo che le api hanno terminato la loro giornata di foraggiamento, tornano al loro alveare dove lo zaino può caricare tutti i dati raccolti tramite un metodo chiamato backscatter, attraverso il quale un dispositivo può condividere informazioni riflettendo le onde radio trasmesse da un'antenna vicina.

In questo momento gli zaini possono memorizzare solo circa 30 kilobyte di dati, quindi si limitano a trasportare sensori che creano piccole quantità di dati. Anche, gli zaini possono caricare i dati solo quando le api tornano all'alveare. Il team vorrebbe infine sviluppare zaini con telecamere in grado di trasmettere in diretta le informazioni sulla salute delle piante agli agricoltori.

"Avere insetti che trasportano questi sistemi di sensori potrebbe essere utile per le fattorie perché le api possono percepire cose che oggetti elettronici, come droni, non può, " Gollakota ha detto. "Con un drone, stai solo volando in giro a caso, mentre un'ape sarà attratta da cose specifiche, come le piante che preferisce impollinare. E oltre a conoscere l'ambiente, puoi anche imparare molto su come si comportano le api."