Face à des colonies d’abeilles en déclin, les scientifiques arment les reines avec des robots et des ruches intelligentes

Par Farshad Arvin, Martin Stefanec et Tomas Krajnik

Que ce soit la nouvelle ou le nombre décroissant de créatures frappant vos pare-brise, il ne vous aura pas échappé que le monde des insectes en mauvais état.

Au cours des trois dernières décennies, la biomasse mondiale des insectes volants s’est rétréci de 75%. Parmi les victimes les plus notables de la tendance figure le pollinisateur le plus important du monde, l’abeille. Aux États-Unis, 48% des colonies d’abeilles sont mortes En 2023 seulement, ce qui en fait la deuxième année la plus meurtrière jamais enregistrée. Cette perte significative est due en partie au trouble de l’effondrement des colonies (CCD), la disparition soudaine des abeilles. En revanche, les pays européens signalent des taux de pertes de colonie plus bas mais toujours inquiétants, allant de 6% à 32%.

Cette baisse fait que bon nombre de nos cultures alimentaires essentielles sont sous-pollinisées, un phénomène qui menace notre société sécurité alimentaire.

Démystifier le mythe de la science-fiction des abeilles robotiques

Alors, que peut-on faire? Donné Le rôle des pesticides dans le déclin des colonies d’abeillesles solutions couramment proposées comprennent un évolution de l’agriculture industrielle et vers moins de formes d’agriculture à forte intensité de pesticides et plus durables.

D’autres ont tendance à regarder vers la fin de la science-fiction des choses, certains scientifiques imaginant que nous pourrions éventuellement remplacer les abeilles vivantes par des abeilles robotiques. Ces abeilles artificielles pourraient interagir avec des fleurs comme les insectes naturels, en maintenant les niveaux de pollinisation malgré la baisse du nombre de pollinisateurs naturels. La vision des pollinisateurs artificiels a contribué aux conceptions ingénieuses de robots de taille insecte capables de voler.

En réalité, de telles inventions sont plus efficaces pour nous éduquer sur les fantasmes des ingénieurs qu’à relancer les colonies d’abeilles, si minces sont leurs perspectives de matérialisation. Premièrement, ces pollinisateurs artificiels devraient être équipés pour bien plus que le simple vol. Les tâches quotidiennes effectuées par l’abeille commune comprennent la recherche de plantes, l’identification des fleurs, l’interaction discrète avec eux, la localisation des sources d’énergie, les prédateurs potentiels et la gestion des conditions météorologiques défavorables. Les robots devraient effectuer tous ces éléments dans la nature avec un très haut degré de fiabilité car tout robot en panne ou perdu peut causer des dommages et répandre la pollution. Deuxièmement, il reste à voir si nos connaissances technologiques seraient même capables de fabriquer de telles inventions. C’est sans même mentionner l’étiquette de prix d’un essaim de robots capable de substituer la pollinisation fournie par une seule colonie d’abeille.

À l’intérieur d’une ruche intelligente

Plutôt que d’essayer de remplacer les abeilles par des robots, nos deux derniers projets financés par l’Union européenne proposent que les robots et les abeilles s’associent. Si cela réussit, les colonies en difficulté pour les abeilles pouvaient être transformées en entités bio-hybrides composées de composants biologiques et technologiques avec des compétences complémentaires. Espérons que cela stimulerait et assurerait la croissance démographique des colonies alors que davantage d’abeilles survivent sur des hivers durs et donnent plus de butineurs pour polliniser les écosystèmes environnants.

Le premier de ces projets, Ruptureétudie comment le mécanisme de prise de décision décentralisé complexe dans une colonie d’abeille peut être poussé par la technologie numérique. Commencé en 2019 et qui se termine en mars 2024, l’expérience introduit la technologie dans trois ruches d’observation contenant chacune 4 000 abeilles, contrairement à 40 000 abeilles pour une colonie normale.

Dans cette maison intelligente de miel, les peignes ont des capteurs de température intégrés et des dispositifs de chauffage, permettant aux abeilles de profiter de conditions optimales à l’intérieur de la colonie. Étant donné que les abeilles ont tendance à se blottir jusqu’à des endroits plus chauds, les peignes nous permettent également de les diriger vers différentes zones de la ruche. Et comme si ce contrôle ne suffisait pas, les ruches sont également équipées d’un système de portes électroniques qui surveillent les mouvements des insectes. Les deux technologies nous permettent de décider où les abeilles stockent le miel et le pollen, mais aussi lorsqu’ils quittent les peignes afin de nous permettre de récolter le miel. Dernier point mais non le moindre, la ruche intelligente contient une abeille dansante robotique qui peut diriger les abeilles de nourriture vers des zones avec des plantes à pollinir.

En raison de la petite échelle de l’expérience, il est impossible de tirer des conclusions sur la mesure dans laquelle nos technologies peuvent avoir empêché les pertes d’abeilles. Cependant, il ne fait aucun doute que nous avons vu jusqu’à présent donner des raisons d’espoir. Nous pouvons affirmer avec confiance que nos ruches intelligentes ont permis aux colonies de survivre à un froid extrême pendant l’hiver d’une manière qui ne serait pas possible autrement. Évaluer précisément le nombre d’abeilles que ces technologies ont sauvées nécessiteraient une augmentation de l’expérience à des centaines de colonies.

Poupler la reine abeille

Notre deuxième projet financé par l’UE, Roboroyale, se concentre sur la reine des abeilles et ses abeilles dans la cour, avec des robots dans ce cas, surveillant et interagissant continuellement avec Son Altesse Royale.

Venir en 2024, nous équiperons chacun de la ruche d’un groupe de six robots de la taille d’une abeille, qui entretiendront et nourrira la reine des abeilles pour affecter le nombre d’oeufs qu’elle pond. Certains de ces robots seront équipés de micro-pompes à gelée royale pour la nourrir, tandis que d’autres présenteront des micro-actuateurs conformes pour la préparer. Ces robots seront ensuite connectés à un bras robotique plus grand avec des caméras infrarouges, qui surveilleront continuellement la reine et son voisinage.

Comme le témoigne la photo à droite et aussi ci-dessous, nous avons déjà réussi à introduire le bras robotique dans une colonie vivante. Là, il surveillait continuellement la reine et détermina son sort à travers des stimuli légers.

Imiter les abeilles ouvrières

Dans une deuxième phase, on espère que les robots et le bras robotiques de la taille d’une abeille pourront imiter le comportement des travailleurs, les abeilles femelles dépourvues de capacité de reproduction qui s’occupent de la reine et nourrissent sa gelée royale. Riche en eau, protéines, glucides, lipides, vitamines et minéraux, cette substance nutritive sécrétée par les glandes des abeilles ouvrières permet à la reine de poser à des milliers d’œufs par jour.

Les abeilles ouvrières s’engagent également dans le nettoyage de la reine, ce qui implique de la lécher. Au cours de ces interactions, ils collectent certaines des phéromones de la reine et les dispersent dans toute la colonie alors qu’ils traversent la ruche. La présence de ces phéromones contrôle de nombreux comportements de la colonie et informe la colonie de la présence d’une reine. Par exemple, en cas de disparition de la reine, une nouvelle reine doit être rapidement élevée d’un œuf pondu par la fin de la reine, ne laissant qu’une fenêtre de temps étroite pour que la colonie réagisse.

Enfin, on pense que les abeilles ouvrières peuvent également agir comme des guides de la reine, la conduisant à pondre des œufs dans des cellules de peigne spécifiques. La taille de ces cellules peut déterminer si la reine pose un œuf diploïde ou haploïde, ce qui entraîne l’abeille en abeille en drone (mâle) ou en travailleur (femme). La prise en charge de ces tâches directrices ne pourrait affecter pas moins que l’ensemble du taux de reproduction du taux.

Comment les robots peuvent empêcher le cannibalisme des abeilles

Cela pourrait avoir un autre effet vertueux: prévenir le cannibalisme.

Pendant les moments difficiles, tels que de longues périodes de pluie, les abeilles doivent se contenter de peu d’apport de pollen. Cela les oblige à nourrir les jeunes larves aux plus âgés afin qu’au moins les larves plus âgées aient une chance de survivre. Grâce à Roboroyale, nous examinerons non seulement pour réduire les chances de ce comportement, mais aussi la quantifier dans quelle mesure elle se produit dans des conditions normales.

En fin de compte, nos robots nous permettront d’approfondir notre compréhension des processus de régulation très complexes à l’intérieur des colonies d’abeilles grâce à de nouvelles procédures expérimentales. Les idées tirées de ces nouvelles pistes de recherche seront nécessaires pour mieux protéger ces précieux insectes sociaux et assurer une pollinisation suffisante à l’avenir – une entreprise à enjeux élevés pour la sécurité alimentaire.

Cet article est le résultat de la collaboration de la conversation avec HorizonLe magazine UE Research and Innovation.

Farshad Arvin est membre du Département d’informatique de l’Université de Durham au Royaume-Uni. La recherche de Farshad Arvin est principalement financée par les programmes de l’UE H2020 et Horizon Europe.

Martin Stefanec est membre de l’Institut de biologie de l’Université de Graz. Il a reçu un financement des programmes de l’UE H2020 et Horizon Europe.

Tomas Krajnik est membre de l’Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE). Les recherches de Tomas Krajnik sont principalement financées par le programme Horizon de l’UE H2020 et la Tchèque National Science Foundation.

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