感受嗡嗡声,电子工程师协助保育蜜蜂

感受嗡嗡声,电子工程师协助保育蜜蜂

感受嗡嗡声,电子工程师协助保育蜜蜂

我们可能是工程师且受技术滋养,但我们仍以传统的方式“补给燃料”。蜜蜂(意大利蜜蜂,也是西方蜜蜂的一种)是必不可少的,为人类所吃食物中的三分之一授粉,包括水果、蔬菜、油脂、种子和坚果,但其全球健康和为我们所吃农作物授粉能力正受到严重威胁。

今年来全球世界各地的蜜蜂群数量出现前所未有的下滑,该事件被描述为蜂群崩坏症候群(Colony Collapse Disorder ,CCD),且原因仍是未知。

结果是灾难性的!总有一天,一切似乎看似正常…但接下来,每个蜜蜂群体都死了。可能的原因包括:瓦螨(Varroa)和其它的寄生虫、疾病、空气和水污染、农药、营养质量、蜂房管理不善,以及极端气候事件如干旱。

有些蜜蜂的殒灭是正常的,但在到2015年4月的前12个月,美国养蜂人回报蜂群殒灭了42.1%,是第二最高纪录。在美国其他几个洲,每年蜜蜂的消失超过60%,夏威夷汇报最低全年蜂群损失约为14%。

澳洲尤其是在蜜蜂健康管理较弱的地区,如为许多作物授粉的非饲养野生蜜蜂,幸运的是,致命的瓦螨在其他大陆尚未出现。澳洲并未被动等待周围潜在的在难降临澳洲,在澳洲国家科学机构联邦科学与工业研究组织(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation,CSIRO)的科学家与工程师,已经开发了一种创新的监测系统,起始于无线射频识别(RFID)标签够小,足以附着到单只蜜蜂上。

蜜蜂是“墨守成规”的动物,所以它们日常事务的任何偏差都可能会引起人们的关注。当被标记的蜜蜂每天离开蜂巢,它们的RFID标签会通过位于蜂巢入口前的接收器,他们的个别讯息会被登记和记录,其他的记录器则被放在已知食物来源的附近。

收集如此大规模的蜜蜂运动讯息,将使研究人员能够产生一个四维(在时间上的三维)的蜜蜂行为模式。这些数据将提供关于蜜蜂较喜欢的环境和游走路径模式的更好迹象,让农民更清楚地了解其该如何设计自己的农场,为了获得更好的授粉优势。

这项研究也将着眼于农业用杀虫剂对蜜蜂的影响,透过监控喂食昆虫的所在地常用的化学物质微量。该系统已开始在塔斯马尼亚州(Tasmania)的霍巴特(Hobart)进行,目前已有1万个RFID标签被安装在蜜蜂的背上。

该系统背后的技术

该系统仰赖于来自日立化成(Hitachi Chemical)的M5-PK2525超小型封装标签(Ultra Small Package Tag,USPT)。其内建来自西雅图(Seattle)Impinj公司的Monza 5卷标芯片,Impinj是由Carver Mead博士在2000年共同创立。

超高频(UHF)卷标载波频率为 860~920MHz,并发送一个96bit应答器ID(Transponder ID,TID),以及每只蜜蜂独一无二的一个128bit电子产品码(Electronic Product Code,EPC)。标签的体积是2.5mm×2.5mm×0.4mm,重量为5.4mg;这占一只蜜蜂能总负载(通常是花粉或花蜜)的 20%,仍可让蜜蜂或多或少的正常工作。该卷标附加天线使其具备30cm的读取范围。

接收器是建立在英特尔(Intel)的爱迪生可穿戴式运算平台(Edison Wearables Computing Platform),其约一张邮票大小,并采用英特尔Atom22奈米(nm)系统单芯片(SoC),该SoC内建双核500MHz中央处理器(CPU)与100MHz微控制器(MCU)。Edison包括1GB内存、4GB储存空间、双模无线局域网络(Wi-Fi)、蓝牙(Bluetooth)4.0及40个通用输入输出(GPIO)接脚。额外的I/O用于添加收集各种环境数据的传感器。

贴上标签的过程

贴上标签其本身就是一门艺术。首先将蜜蜂放置于冰箱(5摄氏度、5分钟),从而让蜜蜂进入睡眠状态;然后视需要将蜜蜂剃光,且将标签用少量的三秒胶(Superglue)黏在蜜蜂身上,5分钟后蜜蜂会苏醒,并准备去执行其日常勤务。

系统未来发展蓝图

研究团队已规划未来发展,包括增加一个能量收集元素,如此一来,传感器就能从昆虫拍击的羽翼获得能量,这可以提供传感器足够的电力以传输讯息,直到传感器在可接受范围内,而不是仅仅储存能量。

另一个目标是使传感器变得更小,到一粒沙子的大小,这样就可以用在较小的昆虫上,如果蝇和蚊子。未来,扑打蚊虫要小心了—你可能破坏有价值的科学数据。

(作者:Paul Pickering / 校排:K.R.)

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