Des chercheurs de l'Université de Washington ont créé un ensemble de capteurs suffisamment petit pour monter à bord d'un bourdon.

Les agriculteurs peuvent déjà utiliser des drones pour survoler d'immenses champs et surveiller la température, l'humidité ou la santé des cultures. Mais ces machines ont besoin de tellement de puissance pour voler qu'elles ne peuvent pas aller très loin sans avoir besoin d'une charge.

Maintenant, des ingénieurs de l'Université de Washington ont créé un système de détection suffisamment petit pour monter à bord d'un bourdon. Parce que les insectes peuvent voler tout seuls, l'emballage ne nécessite qu'une minuscule batterie rechargeable pouvant durer sept heures de vol, puis se recharger pendant que les abeilles sont dans leur ruche la nuit. L'équipe de recherche présentera ses conclusions en ligne le 11 décembre et en personne lors de la conférence ACM MobiCom 2019.

"Les drones peuvent voler pendant 10 ou 20 minutes avant de devoir se recharger, alors que nos abeilles peuvent collecter des données pendant des heures, " a déclaré l'auteur principal Shyam Gollakota, professeur agrégé à la Paul G. Allen School of Computer Science &Engineering de l'UW. "Nous avons montré pour la première fois qu'il est possible de faire tout ce calcul et cette détection en utilisant des insectes au lieu de drones."

Alors que l'utilisation d'insectes au lieu de drones résout le problème d'alimentation, cette technique a son propre ensemble de complications :d'abord, les insectes ne peuvent pas porter beaucoup de poids. Et deuxieme, récepteurs GPS, qui fonctionnent bien pour aider les drones à signaler leurs positions, consomme trop d'énergie pour cette application. Pour développer un ensemble de capteurs qui pourrait s'adapter à un insecte et détecter son emplacement, l'équipe a dû s'attaquer aux deux problèmes.

"Nous avons décidé d'utiliser des bourdons parce qu'ils sont assez gros pour transporter une petite batterie qui peut alimenter notre système, et ils retournent tous les soirs dans une ruche où l'on peut recharger les batteries sans fil, " a déclaré le co-auteur Vikram Iyer, doctorant au département de génie électrique et informatique de l'UW. "Pour cette recherche, nous avons suivi les meilleures méthodes de soin et de manipulation de ces créatures."

Auparavant, d'autres groupes de recherche ont équipé les bourdons de simples "sacs à dos" en superposant de petits trackers, comme l'identification par radiofréquence, ou RFID, Mots clés, à eux de suivre leur mouvement. Pour ce type d'expériences, les chercheurs ont mis une abeille au congélateur pendant quelques minutes pour la ralentir avant de coller le sac à dos. Lorsqu'ils ont terminé l'expérience, l'équipe retire le sac à dos par un processus similaire.

Ces études préalables, cependant, ne concernaient que des sacs à dos qui suivaient simplement l'emplacement des abeilles sur de courtes distances - environ 10 pouces - et ne transportaient rien pour surveiller l'environnement autour des insectes. Ici, Gollakota, Iyer et leur groupe ont conçu un sac à dos à capteur qui monte sur le dos des abeilles et pèse 102 milligrammes, ou environ le poids de sept grains de riz non cuit.

"La batterie rechargeable alimentant le sac à dos pèse environ 70 milligrammes, il nous restait donc un peu plus de 30 milligrammes pour tout le reste, comme les capteurs et le système de localisation pour suivre la position de l'insecte, " a déclaré le co-auteur Rajalakshmi Nandakumar, un doctorant à l'école Allen.

Parce que les abeilles n'annoncent pas où elles volent et parce que les récepteurs GPS sont trop gourmands en énergie pour monter sur un petit insecte, l'équipe a mis au point une méthode qui n'utilise aucun pouvoir pour localiser les abeilles. Les chercheurs ont installé plusieurs antennes qui ont diffusé des signaux à partir d'une station de base dans une zone spécifique. Un récepteur dans le sac à dos d'une abeille utilise la force du signal et la différence d'angle entre l'abeille et la station de base pour trianguler la position de l'insecte.

"Pour tester le système de localisation, nous avons fait une expérience sur un terrain de football, " a déclaré le co-auteur Anran Wang, un doctorant à l'école Allen. "Nous avons installé notre station de base avec quatre antennes d'un côté du champ, et puis nous avons eu une abeille avec un sac à dos qui volait dans un bocal que nous avons éloigné des antennes. Nous avons pu détecter la position de l'abeille tant qu'elle était à moins de 80 mètres, environ les trois quarts de la longueur d'un terrain de football, des antennes."

Ensuite, l'équipe a ajouté une série de petits capteurs :surveillance de la température, l'humidité et l'intensité lumineuse—au sac à dos. De cette façon, les abeilles pourraient collecter des données et enregistrer ces informations avec leur emplacement, et éventuellement compiler des informations sur une ferme entière.

« Il serait intéressant de voir si les abeilles préfèrent une région de la ferme et visitent moins souvent d'autres zones, " a déclaré le co-auteur Sawyer Fuller, professeur adjoint au département de génie mécanique de l'UW. « Alternativement, si vous voulez savoir ce qui se passe dans un domaine particulier, vous pouvez également programmer le sac à dos pour qu'il dise :« Hé les abeilles, si vous visitez cet endroit, prendre une lecture de température.'"

Puis, une fois que les abeilles ont terminé leur journée de butinage, ils retournent dans leur ruche où le sac à dos peut télécharger toutes les données qu'il a collectées via une méthode appelée rétrodiffusion, à travers lequel un appareil peut partager des informations en réfléchissant les ondes radio transmises par une antenne à proximité.

À l'heure actuelle, les sacs à dos ne peuvent stocker qu'environ 30 ko de données, ils se limitent donc à transporter des capteurs qui créent de petites quantités de données. Aussi, les sacs à dos ne peuvent télécharger des données que lorsque les abeilles retournent dans la ruche. L'équipe aimerait éventuellement développer des sacs à dos avec des caméras qui peuvent diffuser en direct des informations sur la santé des plantes aux agriculteurs.

« Le fait que les insectes portent ces systèmes de capteurs pourrait être bénéfique pour les fermes, car les abeilles peuvent détecter des choses que les objets électroniques, comme des drones, ne peut pas, " dit Gollakota. " Avec un drone, tu voles juste au hasard, tandis qu'une abeille va être attirée par des choses spécifiques, comme les plantes qu'il préfère polliniser. Et en plus d'apprendre sur l'environnement, vous pouvez également en apprendre beaucoup sur le comportement des abeilles."