Forskare vid University of Washington har skapat ett sensorpaket som är tillräckligt litet för att åka ombord på en humla.

Bönder kan redan använda drönare för att sväva över stora fält och övervaka temperaturen, fuktighet eller grödans hälsa. Men dessa maskiner behöver så mycket kraft att flyga att de inte kan komma långt utan att behöva ladda.

Nu, ingenjörer vid University of Washington har skapat ett avkänningssystem som är tillräckligt litet för att åka ombord på en humla. Eftersom insekter kan flyga på egen hand, paketet kräver bara ett litet uppladdningsbart batteri som kan hålla i sju timmars flygning och sedan ladda medan bina är i deras bikupa på natten. Forskargruppen kommer att presentera sina resultat online den 11 december och personligen vid ACM MobiCom 2019 -konferensen.

"Drönare kan flyga i kanske 10 eller 20 minuter innan de behöver ladda igen, medan våra bin kan samla in data i timmar, "sade seniorförfattaren Shyam Gollakota, docent vid UW:s Paul G. Allen School of Computer Science &Engineering. "Vi visade för första gången att det är möjligt att faktiskt göra all denna beräkning och avkänning med hjälp av insekter i stället för drönare."

Medan insekter istället för drönare löser strömproblemet, denna teknik har sin egen uppsättning komplikationer:För det första, insekter kan inte bära mycket vikt. Och för det andra, GPS -mottagare, som fungerar bra för att hjälpa drönare att rapportera sina positioner, förbrukar för mycket ström för denna applikation. För att utveckla ett sensorpaket som kan passa på en insekt och känna av dess plats, laget var tvungen att ta itu med båda frågorna.

"Vi bestämde oss för att använda humlor eftersom de är tillräckligt stora för att bära ett litet batteri som kan driva vårt system, och de återvänder till en bikupa varje kväll där vi trådlöst kan ladda batterierna, "sa medförfattaren Vikram Iyer, doktorand vid UW Institutionen för elektroteknik. "För denna forskning följde vi de bästa metoderna för vård och hantering av dessa varelser."

Tidigare har andra forskargrupper utrustat humlor med enkla "ryggsäckar" av överlimmande små spårare, som radiofrekvensidentifiering, eller RFID, taggar, till dem att följa deras rörelse. För denna typ av experiment, forskare lägger ett bi i frysen i några minuter för att sakta ner det innan de klistrar fast ryggsäcken. När de är klara med experimentet, laget tar bort ryggsäcken genom en liknande process.

Dessa tidigare studier, dock, endast involverade ryggsäckar som helt enkelt spårade binens placeringar över korta avstånd - cirka 10 tum - och inte bar någonting för att undersöka miljön runt insekterna. Här, Gollakota, Iyer och deras grupp designade en sensorryggsäck som åker på binas rygg och väger 102 milligram, eller ungefär vikten av sju korn av okokt ris.

"Det laddningsbara batteriet som driver ryggsäcken väger cirka 70 milligram, så vi hade lite över 30 milligram kvar för allt annat, som sensorerna och lokaliseringssystemet för att spåra insekts position, "sa medförfattaren Rajalakshmi Nandakumar, en doktorand i Allen -skolan.

Eftersom bin inte annonserar vart de flyger och eftersom GPS-mottagare är för energisugna för att åka på en liten insekt, laget kom med en metod som inte använder någon kraft för att lokalisera bina. Forskarna satte upp flera antenner som sände signaler från en basstation över ett specifikt område. En mottagare i ett bin ryggsäck använder signalens styrka och vinkelskillnaden mellan biet och basstationen för att triangulera insektens position.

"För att testa lokaliseringssystemet, vi gjorde ett experiment på en fotbollsplan, "sa medförfattaren Anran Wang, en doktorand i Allen -skolan. "Vi satte upp vår basstation med fyra antenner på ena sidan av fältet, och sedan hade vi ett bi med en ryggsäck som flög runt i en burk som vi flyttade bort från antennerna. Vi kunde upptäcka binets position så länge det var inom 80 meter, cirka tre fjärdedelar längden på en fotbollsplan, av antennerna. "

Därefter lade laget till en serie små sensorer - övervakning av temperatur, luftfuktighet och ljusintensitet - till ryggsäcken. På det sättet, bin kan samla in data och logga den informationen tillsammans med deras plats, och så småningom sammanställa information om en hel gård.

"Det skulle vara intressant att se om bina föredrar en region på gården och besöker andra områden mindre ofta, "sa medförfattaren Sawyer Fuller, en biträdande professor vid UW Institutionen för maskinteknik. "Alternativt, om du vill veta vad som händer i ett visst område, du kan också programmera ryggsäcken för att säga:"Hej bin, om du besöker denna plats, ta en temperaturavläsning. '"

Sedan när bina har avslutat sin dag med födosök, de återvänder till sin bikupa där ryggsäcken kan ladda upp all data som den samlat in via en metod som kallas backscatter, genom vilken en enhet kan dela information genom att reflektera radiovågor som sänds från en närliggande antenn.

Just nu kan ryggsäckarna bara lagra cirka 30 kilobyte data, så de är begränsade till att bära sensorer som skapar små mängder data. Också, ryggsäckarna kan bara ladda upp data när bina återvänder till bikupan. Teamet skulle så småningom vilja utveckla ryggsäckar med kameror som kan livestreama information om växthälsa tillbaka till bönderna.

"Att ha insekter att bära dessa sensorsystem kan vara fördelaktigt för gårdar eftersom bin kan känna saker som elektroniska objekt, som drönare, kan inte, "Gollakota sa." Med en drönare, du flyger bara slumpmässigt, medan ett bi kommer att dras till specifika saker, som de växter den föredrar att pollinera. Och förutom att lära sig om miljön, du kan också lära dig mycket om hur bina beter sig. "