Le système robotique offre une fenêtre cachée sur le comportement collectif des abeilles

Les abeilles sont notoirement capricieuses lorsqu’il s’agit d’être étudiées. Les instruments et conditions de recherche et même des odeurs inconnues peuvent perturber le comportement d’une colonie. Aujourd’hui, une équipe de recherche conjointe du groupe Systèmes robotiques mobiles de la faculté d’ingénierie et de la faculté d’informatique et de communication de l’EPFL et du projet Hiveopolis de l’université autrichienne de Graz a développé un système robotique qui peut être intégré discrètement dans le cadre d’une abeille standard ruche.

Composé d’un ensemble de capteurs thermiques et d’actionneurs, le système mesure et module le comportement des abeilles grâce à des variations de température localisées.

“De nombreuses règles de la société des abeilles – des interactions collectives et individuelles à l’élevage d’un couvain sain – sont régulées par la température, nous en avons donc profité pour cette étude”, explique EPFL Ph.D. étudiant Rafael Barmak, premier auteur d’un article sur le système récemment publié dans Robotique scientifique. “Les capteurs thermiques créent un instantané du comportement collectif des abeilles, tandis que les actionneurs nous permettent d’influencer leur mouvement en modulant les champs thermiques.”

“Les études précédentes sur le comportement thermique des abeilles en hiver reposaient sur l’observation des abeilles ou la manipulation de la température extérieure”, ajoute Martin Stefanec de l’Université de Graz. “Notre système robotique nous permet de modifier la température depuis l’intérieur de la grappe, en imitant le comportement de chauffage des abeilles centrales là-bas et en nous permettant d’étudier comment la grappe hivernale régule activement sa température.”

Un « superorganisme biohybride » pour atténuer l’effondrement des colonies

Les colonies d’abeilles sont difficiles à étudier en hiver car elles sont sensibles au froid et l’ouverture de leurs ruches risque de leur nuire en plus d’influencer leur comportement. Mais grâce au système robotique biocompatible des chercheurs, ils ont pu étudier pendant l’hiver trois ruches expérimentales, situées au Laboratoire de vie artificielle de l’Université de Graz, et les contrôler à distance depuis l’EPFL. À l’intérieur de l’appareil, un processeur central a coordonné les capteurs, envoyé des commandes aux actionneurs et transmis des données aux scientifiques, démontrant que le système pouvait être utilisé pour étudier les abeilles sans intrusion ni même caméras.

Francesco Mondada, responsable du Mobile Robotic Systems Group, explique que l’un des aspects les plus importants du système – qu’il appelle un “superorganisme biohybride” pour sa combinaison de robotique avec une colonie d’individus agissant comme une entité vivante – est sa capacité à observer et à influencer le comportement des abeilles.

« En recueillant des données sur la position des abeilles et en créant des zones plus chaudes dans la ruche, nous avons pu les encourager à se déplacer d’une manière qu’elles ne feraient jamais normalement dans la nature pendant l’hiver, lorsqu’elles ont tendance à se regrouper pour conserver leur énergie. nous donne la possibilité d’agir au nom d’une colonie, par exemple en l’orientant vers une source de nourriture, ou en la dissuadant de se diviser en trop petits groupes, ce qui peut menacer sa survie.”

Les scientifiques ont pu prolonger la survie d’une colonie après la mort de sa reine en distribuant de l’énergie thermique via les actionneurs. La capacité du système à atténuer l’effondrement des colonies pourrait avoir des implications sur la capacité de survie des abeilles, qui est devenue une préoccupation croissante pour l’environnement et la sécurité alimentaire à mesure que les populations mondiales de pollinisateurs ont diminué.

Des comportements inédits

En plus de son potentiel de soutien aux colonies, le système a mis en lumière des comportements d’abeilles jamais observés, ouvrant de nouvelles voies dans la recherche biologique.

“Les stimuli thermiques locaux produits par notre système ont révélé des dynamiques inédites qui génèrent de nouvelles questions et hypothèses passionnantes”, déclare Rob Mills, chercheur postdoctoral à l’EPFL et auteur correspondant. “Par exemple, actuellement, aucun modèle ne peut expliquer pourquoi nous avons pu inciter les abeilles à traverser certaines ‘vallées’ froides à l’intérieur de la ruche.”

Les chercheurs prévoient maintenant d’utiliser le système pour étudier les abeilles en été, période critique pour l’élevage des jeunes. En parallèle, le Groupe Systèmes Robotiques Mobiles explore des systèmes utilisant des voies vibratoires pour interagir avec les abeilles.

“L’aspect d’acceptation biologique de ce travail est essentiel : le fait que les abeilles aient accepté l’intégration de l’électronique dans la ruche donne à notre appareil un grand potentiel pour différentes applications scientifiques ou agricoles”, explique Mondada.