Pesquisadores da Universidade de Washington criaram um pacote de sensores que é pequeno o suficiente para ser carregado a bordo de uma abelha.

Os agricultores já podem usar drones para voar sobre campos enormes e monitorar a temperatura, umidade ou saúde da colheita. Mas essas máquinas precisam de tanta potência para voar que não podem ir muito longe sem precisar de uma carga.

Agora, engenheiros da Universidade de Washington criaram um sistema de detecção que é pequeno o suficiente para ser embarcado em uma abelha. Porque os insetos podem voar por conta própria, o pacote requer apenas uma minúscula bateria recarregável que pode durar sete horas de vôo e carregar enquanto as abelhas estão em sua colmeia à noite. A equipe de pesquisa apresentará suas descobertas on-line em 11 de dezembro e pessoalmente na conferência ACM MobiCom 2019.

"Os drones podem voar por talvez 10 ou 20 minutos antes de precisarem ser carregados novamente, enquanto nossas abelhas podem coletar dados por horas, "disse o autor sênior Shyam Gollakota, professor associado da Escola Paul G. Allen de Ciência da Computação e Engenharia da UW. "Mostramos pela primeira vez que é possível fazer todos esses cálculos e sensores usando insetos em vez de drones."

Embora o uso de insetos em vez de drones resolva o problema de energia, esta técnica tem seu próprio conjunto de complicações:primeiro, os insetos não podem carregar muito peso. E em segundo lugar, Receptores GPS, que funcionam bem para ajudar os drones a relatar suas posições, consome muita energia para este aplicativo. Para desenvolver um pacote de sensor que pudesse caber em um inseto e sentir sua localização, a equipe teve que resolver ambos os problemas.

"Decidimos usar abelhas porque elas são grandes o suficiente para carregar uma pequena bateria que pode alimentar nosso sistema, e eles voltam para uma colmeia todas as noites, onde poderíamos recarregar as baterias sem fio, "disse o co-autor Vikram Iyer, um aluno de doutorado no Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da UW. "Para esta pesquisa, seguimos os melhores métodos de cuidado e manejo dessas criaturas."

Anteriormente, outros grupos de pesquisa equiparam as abelhas com "mochilas" simples, colando pequenos rastreadores, como identificação por radiofrequência, ou RFID, Tag, para eles seguirem seu movimento. Para esses tipos de experimentos, pesquisadores colocaram uma abelha no freezer por alguns minutos para desacelerá-la antes de colar na mochila. Quando terminam o experimento, a equipe remove a mochila por meio de um processo semelhante.

Esses estudos anteriores, Contudo, envolvia apenas mochilas que simplesmente rastreavam a localização das abelhas em curtas distâncias - cerca de 25 centímetros - e não carregavam nada para examinar o ambiente ao redor dos insetos. Aqui, Gollakota, Iyer e seu grupo projetaram uma mochila com sensores que monta nas costas das abelhas e pesa 102 miligramas, ou cerca do peso de sete grãos de arroz cru.

"A bateria recarregável que alimenta a mochila pesa cerca de 70 miligramas, então tínhamos um pouco mais de 30 miligramas para todo o resto, como os sensores e o sistema de localização para rastrear a posição do inseto, "disse o co-autor Rajalakshmi Nandakumar, estudante de doutorado na Allen School.

Porque as abelhas não anunciam para onde estão voando e porque os receptores GPS têm muita fome de energia para montar em um inseto minúsculo, a equipe criou um método que não usa energia para localizar as abelhas. Os pesquisadores instalaram várias antenas que transmitem sinais de uma estação base em uma área específica. Um receptor na mochila de uma abelha usa a força do sinal e a diferença angular entre a abelha e a estação base para triangular a posição do inseto.

"Para testar o sistema de localização, fizemos um experimento em um campo de futebol, "disse o co-autor Anran Wang, estudante de doutorado na Allen School. "Montamos nossa estação base com quatro antenas em um lado do campo, e então tivemos uma abelha com uma mochila voando em uma jarra que afastamos das antenas. Conseguimos detectar a posição da abelha, desde que ela estivesse a 80 metros, cerca de três quartos do comprimento de um campo de futebol, das antenas. "

Em seguida, a equipe adicionou uma série de pequenos sensores - monitorando a temperatura, umidade e intensidade da luz - para a mochila. Dessa maneira, as abelhas poderiam coletar dados e registrar essas informações junto com sua localização, e, eventualmente, compilar informações sobre uma fazenda inteira.

“Seria interessante ver se as abelhas preferem uma região da fazenda e visitam outras áreas com menos frequência, "disse o co-autor Sawyer Fuller, um professor assistente no Departamento de Engenharia Mecânica da UW. "Alternativamente, se você quiser saber o que está acontecendo em uma área particular, você também pode programar a mochila para dizer:'Ei, abelhas, se você visitar este local, faça uma leitura de temperatura. '"

Então, depois que as abelhas terminam seu dia de forrageamento, eles voltam para sua colmeia, onde a mochila pode carregar quaisquer dados coletados por meio de um método chamado retroespalhamento, por meio do qual um dispositivo pode compartilhar informações refletindo ondas de rádio transmitidas de uma antena próxima.

No momento, as mochilas só podem armazenar cerca de 30 kilobytes de dados, portanto, eles estão limitados a transportar sensores que criam pequenas quantidades de dados. Também, as mochilas podem carregar dados apenas quando as abelhas voltam para a colmeia. A equipe gostaria de desenvolver mochilas com câmeras que pudessem transmitir informações ao vivo sobre a saúde das plantas para os agricultores.

"Ter insetos carregando esses sistemas de sensores pode ser benéfico para as fazendas, porque as abelhas podem sentir coisas que objetos eletrônicos, como drones, não pode, "Gollakota disse." Com um drone, você está voando aleatoriamente, enquanto uma abelha será atraída para coisas específicas, como as plantas, prefere polinizar. E além de aprender sobre o meio ambiente, você também pode aprender muito sobre como as abelhas se comportam. "