Roboti v úle pro sledování přirozeného chování včel

Tags: ČVUT | FEL | Roboti | Science Robotics | Umělá inteligence | Včely

Autonomní roboti řízení umělou inteligencí nabídli dosud nevídaný pohled do nitra včelí kolonie. Zblízka pomocí kamer sledují královnu s její družinou a generují velké soubory dat pro analýzu včelího chování. Vědci z Cen­t­ra umělé in­te­li­gen­ce FEL ČVUT v Praze s ko­le­gy z Ra­kous­ka, Velké Bri­tá­nie a Tu­rec­ka vy­vi­nu­li prů­lo­mo­vou tech­no­lo­gii pro vý­zkum cho­vá­ní so­ci­ál­ní­ho hmyzu.

Je­jich au­to­nomní ro­bo­ti, umís­tě­ní ve vý­zkum­ném za­ří­ze­ní pro včely me­do­nos­né na uni­ver­zi­tě ve Štýr­ském Hrad­ci, ge­ne­ru­jí každý den 1400 GB dat. Tato data ob­sa­hu­jí sním­ky včelí krá­lov­ny a její in­ter­ak­ce s děl­ni­ce­mi. Vše pro­bí­há ne­pře­tr­ži­tě v re­ál­ném čase ve vy­so­kém roz­li­še­ní. Ro­bo­tic­ký sys­tém sním­ky au­to­ma­tic­ky ana­ly­zu­je a měří tak řadu ve­li­čin cha­rak­te­ri­zu­jí­cích čin­nost krá­lov­ny a zdra­ví včel­stva.

Obrázek zařízení využitého pro experimenty. V popředí je robotický přístroj s kamerovou hlavicí, která nepřetržitě sleduje královnu. Za úlem je druhý přístroj. Robotická hlava automaticky sleduje královnu a natáčí její chování. Protože včely jsou slepé vůči červenému světlu, jsou tyto záznamy pořizovány v infračerveném spektru.

V novém člán­ku „Au­to­no­mous trac­king of ho­ney­bee be­ha­vi­ors over long-term pe­ri­ods with co­o­pe­ra­ting ro­bots“, pu­b­li­ko­va­ném v re­no­mo­va­ném ča­so­pi­se Science Ro­bo­tics, Jiří Ul­rich, dok­to­rand z Cen­t­ra umělé in­te­li­gen­ce Fa­kul­ty elek­tro­tech­nic­ké ČVUT, a jeho spo­lu­au­to­ři před­sta­vu­jí data, která ro­bo­tic­ký sys­tém shro­maž­ďu­je. Kromě sle­do­vá­ní po­hy­bu krá­lov­ny a děl­nic měří ro­bo­tic­ký sys­tém také cel­ko­vou po­pu­la­ci úlu a sle­du­je počet na­kla­de­ných va­jí­ček.

Nový ro­bo­tic­ký sys­tém po­pr­vé umož­nil takto přes­ný, dlou­ho­do­bý a ne­pře­tr­ži­tý sběr re­le­vant­ních dat o včelí ko­lo­nii. Vše­stran­nost to­ho­to za­ří­ze­ní vědci do­ka­zu­jí na pří­kla­du 23 růz­ných pa­ra­me­t­rů, které sys­tém ze sním­ků do­ká­že zís­ká­vat, a zdů­razňují, že v prů­bě­hu pro­jek­tu „Ro­bo­Roya­le“ budou při­bý­vat další ana­lý­zy.

Od­bor­ný člá­nek před­sta­vu­je první pře­kva­pi­vá zjiš­tě­ní o cho­vá­ní včel. Vý­zkum­ní­ci na­pří­klad zjis­ti­li, že včelí krá­lov­na po­zo­ro­va­ná v této stu­dii urazí za měsíc vzdá­le­nost asi 1,5 ki­lo­me­t­ru (na dvou plá­stvích o roz­mě­rech cca 42x33 cm), že dává před­nost od­po­čin­ku na ur­či­tých mís­tech po dobu až 1,5 ho­di­ny a že i v do­zní­va­jí­cí včelí sezóně v říjnu klade v prů­mě­ru 187 va­jí­ček každý den.

Ro­bo­tic­ký sys­tém byl po­sta­ven kolem plně funkč­ní­ho včel­stva v tak­zva­ném po­zo­ro­va­cím úlu, který umo­ž­ňuje při­ro­ze­né cho­vá­ní včel. Já­drem sys­té­mu jsou dvě mo­bil­ní ka­me­ro­vé hlavy, které se o práci dělí au­to­nomně (bez po­ve­lu od lid­ské­ho ope­rá­to­ra). Když se krá­lov­na pro­chá­zí, ro­bo­ti se po­hy­bu­jí spo­leč­ně s ní. Když krá­lov­na pře­chá­zí na dru­hou stra­nu plástve, ro­bo­ti spo­lu­pra­cu­jí a spo­leč­ně tak za­jiš­ťu­jí její ne­pře­tr­ži­té sle­do­vá­ní. Když sys­tém vy­hod­no­tí, že se krá­lov­na chys­tá od­po­čí­vat, první ka­me­ra i na­dá­le po­zo­ru­je včely, které krá­lov­nu ošet­řu­jí, za­tím­co druhá ka­me­ra pro­vá­dí pro­hlíd­ku plástve, aby spo­čí­ta­la děl­ni­ce a po­ří­di­la sním­ky plástve.

Dashboard systému ukazující dvě strany pozorovacího úlu. Aktuální trajektorie královny je červeně, minulé trajektorie žlutě. Pozice nakladených vajíček jsou označena fialovými body. Ve spodní části jsou informace o aktivitě královny a jejího dvora.

Ka­me­ry vy­u­ží­va­jí in­fra­čer­ve­né svět­lo, aby ne­do­chá­ze­lo k ovlivňování cho­vá­ní včel, je­li­kož ty jsou vůči čer­ve­né­mu svět­lu slepé. Zá­zna­my ve vy­so­kém roz­li­še­ní jsou ná­sled­ně ana­ly­zo­vá­ny po­mo­cí po­kro­či­lých metod po­čí­ta­čo­vé­ho vi­dě­ní. Během jed­no­ho mě­sí­ce stu­die sys­tém zpra­co­val více než 100 mi­li­o­nů sním­ků. Toto množ­ství je prak­tic­ky ne­mož­né ana­ly­zo­vat ručně.

Me­zi­ná­rod­ní tým slo­že­ný z vý­zkum­ní­ků FEL ČVUT, Dur­ham­ské uni­ver­zi­ty, Uni­ver­zi­ty Štýr­ský Hra­dec a Stře­do­vý­chod­ní tech­nic­ké uni­ver­zi­ty v An­ka­ře uká­zal, že in­te­li­gent­ní ro­bo­ti mění pra­vi­dla hry ve vý­zku­mu cho­vá­ní hmyzu a eko­lo­gie.

Publikovaný článek

Ulrich et al. (2024) „Autonomous tracking of honeybee behaviors over long-term periods with cooperating robots“, Science Robotics.

Projektový tým a informace o projektu:

• H2020 FET-OPEN projekt „RoboRoyale“ (doba trvání: listopad 2021 – říjen 2026)
• Web projektu: roboroyale.eu

Projektoví partneři:

• Farshad Arvin, University of Durham, Durham, Velká Británie.
• Thomas Schmickl, Universität Graz, Rakousko,
• Tomáš Krajník, České vysoké učení technické v Praze, Česká republika
• Erol Sahin, Středovýchodní technická univerzita, Ankara, Turecko