حسگرهای هوشمند به زنبورداران در نظارت بر سلامت کندو کمک می‌کنند

1

زنبورهای عسل برای قرن‌ها بخش جدایی‌ناپذیری از کشاورزی بوده‌اند. نقش آن‌ها در گرده‌افشانی از تولید مواد غذایی حمایت می‌کند و به رشد میوه‌ها، سبزیجات، آجیل و قهوه کمک می‌کند. بدون زنبورها و سلامت مناسب کندوها، بسیاری از محصولات کشاورزی دچار مشکل شده و این امر منجر به کمبود مواد غذایی خواهد شد.

چالش کاهش جمعیت زنبورها

اما جمعیت زنبورها به دلیل شرایط نامساعد جوی، مواد شیمیایی و آفات در حال کاهش است. این موضوع نه‌تنها برای طبیعت مضر است، بلکه زندگی زنبورداران را نیز دشوارتر می‌کند، زیرا آن‌ها برای تولید عسل و انجام گرده‌افشانی در کشاورزی به زنبورهای سالم نیاز دارند.

زنبورداران با چالش‌های فزاینده‌ای در حفظ سلامت کندوها روبه‌رو هستند. عوامل استرس‌زای خارجی موجب اختلال در کلونی‌های زنبورها شده و بقا و رشد آن‌ها را دشوار می‌کند.

روش‌های سنتی نظارت بر وضعیت کندو بر تجربه و قضاوت زنبورداران متکی است. با وجود ارزشمند بودن این روش‌ها، همیشه دقیق نیستند. اما اکنون دانشمندان و مهندسان با استفاده از رویکرد مبتنی بر داده، ابزاری ارائه داده‌اند که به زنبورداران در تصمیم‌گیری آگاهانه و جلوگیری از فروپاشی کلونی‌ها کمک می‌کند.

درک فرآیند تنظیم دمای کندو

کلونی‌های زنبورها دمای داخلی خود را بین 33 تا 36 درجه سلسیوس (91 تا 97 درجه فارنهایت) تنظیم می‌کنند. این تنظیم دما برای بقای کندو حیاتی است.

• وقتی دما کاهش می‌یابد، زنبورها دور هم جمع می‌شوند تا گرما تولید کنند.
• در شرایط گرم، آن‌ها با تکان دادن بال‌های خود کندو را خنک می‌کنند.

این توانایی طبیعی به زنبورها کمک می‌کند تا محیط مطلوبی را برای رشد کلونی خود حفظ کنند.

اما وقتی کندو تحت تأثیر عوامل استرس‌زایی مانند آفت‌کش‌ها، تخریب زیستگاه، یا تغییرات ناگهانی آب و هوایی قرار می‌گیرد، زنبورها در حفظ تعادل دمای داخلی دچار مشکل می‌شوند. اگر در این امر شکست بخورند، کندو در برابر بیماری‌ها، کاهش زاد و ولد و در نهایت فروپاشی آسیب‌پذیر می‌شود.

زنبورداران معمولاً در مواقع ضروری مداخله می‌کنند، اما روش‌های کنونی نظارت، همیشه قادر به شناسایی زودهنگام نشانه‌های مشکل نیستند. دانشمندان این کمبود را شناسایی کرده و ابزاری پیشرفته را برای کمک به زنبورداران در حفاظت از کندوها توسعه داده‌اند.

سیستم هوشمند برای پایش سلامت کندو

یک تیم تحقیقاتی از دانشکده علوم کامپیوتر دانشگاه کارنگی ملون و دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید سیستمی را برای نظارت دقیق‌تر بر سلامت کندو توسعه داده‌اند.

این ابزار که با نام دامپزشک الکترونیکی زنبور (EBV – Electronic Bee-Veterinarian) شناخته می‌شود، از حسگرهای حرارتی و مدل‌سازی پیش‌بینی‌کننده برای ردیابی تغییرات دمای کندو و شناسایی علائم اولیه استرس استفاده می‌کند.

سیستم EBV شامل دو حسگر است:

• یکی در داخل کندو
• دیگری در خارج از کندو

این حسگرها داده‌های دمایی را به‌صورت لحظه‌ای جمع‌آوری کرده و به مدلی تحلیلی ارسال می‌کنند که “شاخص سلامت کندو” را محاسبه می‌کند.

این مقدار عددی ساده، یک نمای کلی از وضعیت کندو را در اختیار زنبورداران قرار می‌دهد:

• اگر مقدار سلامت کندو نزدیک به 1 باشد، کندو در شرایط طبیعی قرار دارد.
• اگر این مقدار به‌شدت کاهش یابد، زنبوردار هشدار دریافت می‌کند که مداخله ضروری است.

رویکرد داده‌محور برای سلامت کندو

تیم تحقیقاتی از اصول فیزیک و مهندسی برای طراحی یک سیستم نظارت مؤثر استفاده کرده است. پروفسور کریستوس فالوتسوس، استاد علوم کامپیوتر در کارنگی ملون، درباره رویکرد طراحی این مدل توضیح داد:

«ما معادلاتی را بر اساس اصول اولیه انتشار حرارتی، انتقال گرما و نظریه کنترل استخراج کردیم.»

«سپس این معادلات را با داده‌های تاریخی ترکیب کرده و همه آن‌ها را در یک عدد واحد، یعنی شاخص سلامت کندو، فشرده کردیم. اگر این شاخص نزدیک به 1 باشد، زنبورها سالم بوده و دمای کندو را تنظیم می‌کنند.»

«اگر این عدد خیلی کمتر از 1 باشد، نشان‌دهنده وضعیت ناسالم کندو است و احتمالاً به مداخله نیاز دارد. با محاسبه روزانه این شاخص، می‌توان پیش‌بینی‌های لازم را انجام داد و زنبورداران اقدامات لازم را در زمان مناسب انجام دهند.»

این رویکرد مبتنی بر داده، فرآیند تصمیم‌گیری را برای زنبورداران ساده‌تر می‌کند. دیگر نیازی نیست فقط به مشاهدات چشمی یا تجربه شخصی متکی باشند، بلکه می‌توانند از داده‌های دقیق و لحظه‌ای برای ارزیابی سلامت کندو و مقابله با مشکلات قبل از وخامت اوضاع استفاده کنند.

طراحی ابزاری کاربرپسند برای زنبورداران

یکی از اهداف اصلی پروژه EBV، سادگی استفاده از سیستم بود.

بسیاری از زنبورداران در تحلیل داده‌ها تخصص ندارند، بنابراین محققان اطلاعات را به یک شاخص ساده تبدیل کردند که هر زنبورداری، بدون نیاز به تجربه فنی، بتواند آن را درک کند.

جرمی لی، دانشجوی دکتری در کارنگی ملون و یکی از اعضای پروژه، بر اهمیت همکاری میان رشته‌های مختلف برای موفقیت این سیستم تأکید کرد.

تیم تحقیقاتی شامل متخصصان علوم کامپیوتر، مهندسی برق و حشره‌شناسی بود. این ترکیب دانش، منجر به ایجاد یک راهکار عملی و مؤثر برای زنبورداران شد.

نقش علوم کامپیوتر در کشاورزی

جرمی لی در پروژه‌های دیگری نیز که از تکنیک‌های محاسباتی برای حل چالش‌های دنیای واقعی استفاده می‌کنند، فعالیت داشته است.

او همراه با پروفسور فالوتسوس و محققان دانشگاه‌های کارنگی ملون و مک‌گیل، از علم داده در جرم‌شناسی استفاده کرده و به شناسایی شبکه‌های قاچاق انسان کمک کرده است.

قابلیت پیوند دادن حوزه‌های مختلف علمی به او کمک کرده است که در اجرای قانون و علوم زیست‌محیطی تأثیر مثبتی بگذارد.

سیستم EBV نشان‌دهنده روند رو به رشد استفاده از علوم کامپیوتر و هوش مصنوعی در کشاورزی و پایداری زیست‌محیطی است.

آینده کنترل خودکار دمای کندو

با دریافت بودجه اضافی از وزارت کشاورزی ایالات متحده، تیم تحقیقاتی در حال کار بر روی اتوماسیون کنترل دمای کندو است.

در صورت موفقیت، سیستم EBV نه‌تنها مشکلات بهداشتی را شناسایی می‌کند، بلکه اقدامات اصلاحی را به‌طور خودکار اجرا خواهد کرد، از جمله:

• تنظیم دمای کندو برای مقابله با استرس‌های محیطی
• اجرای اقدامات پیشگیرانه برای محافظت از زنبورها در برابر بیماری‌ها

با کنترل خودکار دمای کندو، زنبورداران به کار دستی کمتری نیاز دارند و در عین حال، می‌توانند کندوهای سالم‌تر و عسل بیشتری تولید کنند. این فناوری همچنین می‌تواند به مدیریت آسان‌تر مزارع بزرگ زنبورداری کمک کند.

کاهش جمعیت زنبورهای عسل همچنان یک نگرانی جدی است، اما نوآوری‌هایی مانند سیستم EBV امیدواری ایجاد کرده است. ترکیب تخصص علمی با کاربردهای عملی، ابزاری را به وجود آورده که می‌تواند نحوه مدیریت کندوها را تغییر دهد.