Intelligente Bienenstöcke und tanzende Roboterbienen könnten eine nachhaltige Bienenhaltung fördern

Forscher nutzen Big Data und intelligente Technologien, um die Bedingungen für Bienen zu verbessern und Imker anzuleiten.

Dank eines elektronischen „Pings“ erhält Professor Dirk de Graaf eine Benachrichtigung auf seinem Smartphone. Dies ist eine Nachricht von einem Schwarm in Schwierigkeiten.

De Graaf, Professor für biomedizinische Physiologie und Insektenphysiologie und Direktor des Labors für Molekulare Entomologie und Bienenpathologie an der Universität Gent, Belgien, hat in den letzten fünf Jahren ein Datenerfassungssystem für Bienenstöcke entwickelt, von dem er hofft, dass es die Überlebensraten erheblich verbessern kann.

Intelligente Bienenstöcke

Im Rahmen einer europaweiten Forschungsinitiative, dem B-GOOD-Projekt, schlossen sich de Graaf und ein Forscherteam aus 13 europäischen Ländern zwischen Mitte 2019 und November letzten Jahres zusammen, um zu erforschen, wie neue Technologien sowohl die Bienengesundheit als auch die Bienenhaltung unterstützen könnten Nachhaltigkeit.

Forscher haben ein Überwachungssystem entwickelt, das Probleme in einem Bienenstock erkennen und dem Imker individuelle Ratschläge zum Eingreifen geben kann. Dieses System ist ein potenziell entscheidender Verbündeter für Imker, deren Zahl in der EU im Jahr 2021 auf 615.000 geschätzt wurde.

Sie entwickelten einen digitalen Kamm, eine dünne Platine, die mit verschiedenen Sensoren ausgestattet ist und um die Bienen ihre Waben bauen. Mehrere dieser Sensoren in jedem Bienenstock können dann Daten an Forscher übermitteln und so eine Echtzeitüberwachung ermöglichen.

Der nächste Schritt bestand darin, den besten Weg zur Interpretation der Daten zu ermitteln. „Die Herausforderung bestand darin, herauszufinden, welche Parameter am meisten zur Gesundheit einer Kolonie beitrugen“, sagte de Graaf.

Über drei Saisons hinweg überwachte das Team fast 400 Kolonien in den 13 teilnehmenden Ländern und ermöglichte es ihnen, Algorithmen zu entwickeln, die bei der Interpretation der von den digitalen Waben gesammelten Daten helfen.

„Es stellt sich heraus, dass das Gewicht ein guter Indikator dafür ist, ob eine Kolonie den Winter überlebt“, sagte de Graaf. „Mit unserer Technologie können wir jetzt Kolonien identifizieren, die eingreifen müssen. Diese Informationen werden den Imkern dann über personalisierte Benachrichtigungen mit spezifischen Anweisungen mitgeteilt. »

Modernste Imkerei

Bienen sind eine Schlüsselart und für die Bestäubung von Wildpflanzen und vielen Nahrungspflanzen, darunter Schokolade, Kaffee, Tomaten und Blaubeeren, unerlässlich. Schätzungen zufolge sind in Europa etwa vier von fünf Kulturpflanzen- und Wildblumenarten zumindest teilweise auf die Bestäubung durch Insekten angewiesen.

Dennoch nimmt die Zahl wilder Bestäuber in Europa und auf der ganzen Welt aufgrund der kombinierten Auswirkungen des Klimawandels, des Verlusts von Lebensräumen und des weit verbreiteten Einsatzes von Pestiziden rapide ab. Laut der Roten Liste Europas ist der Bestand von etwa jeder dritten Bienen-, Schmetterlings- und Schwebfliegenart bedroht. Für de Graaf sind die Auswirkungen von Pestiziden besonders schädlich.

„Sehr oft sterben Bienen nicht sofort, wenn sie Pestiziden ausgesetzt sind, aber sie entwickeln Gedächtnisprobleme und kehren schließlich nie mehr in ihren Bienenstock zurück“, erklärt de Graaf.

Die automatische Erfassung von Bienenstockdaten wird bereits von einigen Imkern genutzt, vor allem von jüngeren und technikaffinen Imkern. Das Ziel besteht nun darin, den Einsatz dieser Tools in der gesamten Imkergemeinschaft zu fördern, was eine Datenerfassung in größerem Umfang ermöglichen wird. Zu diesem Zweck arbeiten Forscher eng mit der EU Bee Partnership zusammen, einer 2017 gegründeten europäischen Plattform für Bienengesundheit und Datenmanagement.

„Wenn sich mehr Imker auf dieses System verlassen würden, wäre das eine völlige Wende; Dies würde uns helfen, die Bienengesundheit aus einer anderen Perspektive zu betrachten“, sagte de Graaf.

Die entwickelte Technologie könnte Imkern auch bei der Planung zukünftiger Bienenstöcke helfen. Das B-GOOD-Team nutzte die Daten, um virtuelle Landschaften zu erstellen, die vorhersagen, wie ein Bienenstock auf bestimmte Umweltbedingungen reagieren wird. „Es funktioniert ein bisschen wie ein Flugsimulator, aber für Imker“, sagte Herr de Graaf.

Die fortgesetzte EU-Finanzierung wird es B-GOOD-Forschern ermöglichen, ihre wertvolle Arbeit im Rahmen der BETTER-B-Forschungsinitiative fortzusetzen, die bis Mai 2027 andauern wird.

Innenansicht

Professor Thomas Schmickl, Professor für Zoologie an der Universität Graz, Österreich, hat in den letzten fünf Jahren im Rahmen einer weiteren Forschungsinitiative namens HIVEOPOLIS, die von 2019 bis 2019 stattfand, den Einsatz modernster Technologien zur Unterstützung der Gesundheit von Honigbienen erforscht März dieses Jahres.

Schmickl ist Gründer des Artificial Life Lab (ALL) an der Universität Graz, einem internationalen und interdisziplinären Forschungslabor, das in den Bereichen Schwarmintelligenz, Selbstorganisation, Schwarmrobotik und biologisch inspirierte Algorithmen forscht.

Ein Großteil der Arbeit bei ALL besteht darin, sich von der Natur inspirieren zu lassen, um Fortschritte in der Robotik voranzutreiben. In HIVEOPOLIS kehren Forscher diesen Trend um und untersuchen stattdessen, wie Fortschritte in der Robotik zum Schutz der Natur beitragen könnten. Schmickl nennt dieses Konzept Ökosystem-Hacking.

„Bienen sind extrem mächtig. Wenn man sie unterstützt, unterstützt man die Umwelt um sie herum“, sagte Schmickl. „Die Bestäubung kann nur mit Hilfe von Bienen aufrechterhalten werden. »

Er weist darauf hin, dass die Erträge der Landwirte sinken, wenn die Insektenbestäubung abnimmt, was zu höheren Lebensmittelpreisen führt. Dies wiederum wird Druck auf die Landwirte ausüben, umweltschädliche, intensive Landwirtschaftsmethoden einzuführen, die zu einem weiteren Rückgang der Insektenpopulationen führen werden. Es ist ein Teufelskreis.

Wie das B-GOOD-Team haben HIVEOPOLIS-Forscher einen digitalen Bienenstock entwickelt, der mit Sensoren ausgestattet ist. Durch die Messung der Temperaturen an verschiedenen Stellen im Bienenstock können Forscher effektiv kartieren, was im Bienenstock passiert.

Dadurch können Imker beispielsweise wissen, wo sich die Brut im Bienenstock befindet, dem sogenannten Brutnest. Imker können dann den Bienenstock öffnen, ohne den empfindlichen Brutnestbereich zu stören.

Bleib warm

Aber die digitalen Kämme von HIVEOPOLIS sind nicht nur Sensoren; Sie können aktiviert werden, um bestimmte Teile eines Bienenstocks zu erwärmen, was laut Schmickl einen großen Unterschied in den Überlebensraten bewirken könnte.

„Viele Bienenvölker sterben im Winter“, erklärt er. „Sie brauchen Honig zum Überleben, aber manchmal sind diese Reserven unerreichbar und die Bienen erfrieren beim Versuch, sie zu erreichen.“ » Indem Imker dazu beitragen, die Bienen im Winter warm zu halten, können sie die Überlebensraten der Bienenvölker erhöhen.

„Dies ist das erste Mal, dass wir die Temperatur im Inneren des Kamms ändern können, indem wir den Befehl direkt über das Internet senden. Das hat noch nie jemand gemacht“, sagte er.

Zunächst war unklar, wie Bienen auf diese Technologie reagieren würden. Experimente bestätigten jedoch, dass nicht nur die Bienenvölker positiv reagierten, sondern dass die Intelligenz des Schwarms auch auf Temperaturänderungen reagierte, indem sie die Wärmeproduktion der Bienen reduzierte und ihnen so dabei half, Energie zu sparen.

Tanzende Bienen

Inspiriert durch die Arbeit des österreichischen Forschers Karl von Frisch untersuchte das HIVEOPOLIS-Team auch die Möglichkeit, auf besonders originelle Weise mit Bienen zu kommunizieren.

1973 erhielt von Frisch den Nobelpreis für seine Arbeit zur Entschlüsselung des Bienenschwänzeltanzes, eines Tanzes, mit dem Bienen den Standort von Nahrungsquellen mitteilen.

Er postulierte, dass der Winkel des Bienenstocks, die Form des Tanzes und die Geschwindigkeit der summenden Bewegung zusammen die Richtung und Entfernung von der Nahrungsquelle anzeigten. Diese Art der Kommunikation durch Bewegung erscheint in der Insektenwelt einzigartig und übt eine große Faszination auf Forscher aus.

Dr. Tim Landgraf, Professor für künstliche und kollektive Intelligenz an der Freien Universität Berlin, Deutschland, einem der Partner von Hiveopolis, erweiterte seine bisherige Arbeit. Insbesondere entwickelte er eine tanzende Roboterbiene, RoboBee, und lieferte erste Hinweise darauf, dass Bienen bereit sein könnten, dem Beispiel eines digitalen Partners zu folgen.

Mit HIVEOPOLIS hat das Forschungslabor von Landgraf ein System entwickelt, um reale Bienentänze zu beobachten und sie zur genaueren Analyse auf eine Karte zu übertragen.

Letztendlich ist das HIVEOPOLIS-Team davon überzeugt, dass ein solcher Roboter Bienen möglicherweise zu sicheren Nahrungsplätzen und weg von gefährlichen Bereichen, beispielsweise Standorten, die mit Pestiziden oder Krankheiten verseucht sind, führen könnte. Doch zunächst wollen sie den Tanz besser verstehen.

Schmickl hofft, dass die Imker die geleistete Arbeit sinnvoll nutzen werden: „Wir haben die Prototypen, es liegt nun am freien Markt, diese Technologien in größerem Maßstab einzusetzen.“ »

Dieser Artikel wurde ursprünglich in Horizon, dem europäischen Forschungs- und Innovationsmagazin, veröffentlicht.