Biorobotik eröffnet neue Einblicke in das geheime Leben der Insekten
Ein System, das Biorobotik einsetzt, kann Bienen und Insekten in neuen Details verfolgen und so mehr über ihr wahres Verhalten und ihre Reaktion auf Veränderungen in der Umwelt erfahren.
Eine Technologie , die Robotik, Infrarot-Beleuchtung und einen retroreflektierenden Marker kombiniert, ermöglicht es Wissenschaftlern, Insekten zu verfolgen, während sie in ihren Lebensräumen fliegen. Die Forscher bieten mit dem Fast Lock-On (FLO) Tracking-System eine Lösung an. Damit wird der Notwendigkeit Rechnung getragen, das Verhalten von Insekten genau zu überwachen, was für Ökologen eine Herausforderung darstellt.
Das Aufspüren von Insekten ist eine komplizierte Aufgabe
Dr. Thang Vo-Doan, Leiter des UQ Biorobotics Lab an der University of Queensland, erklärt die Schwierigkeit: "Es ist keine leichte Aufgabe, denn um das Verhalten von Insekten in einer natürlichen Umgebung zu untersuchen , muss man nicht nur die Flugbahn des Insekts beobachten, sondern auch Bilder mit starker Vergrößerung (Zoom) des Insekts haben.
Das Forschungsteam fand einen Weg, dies zu umgehen. "Wir haben das Insekt mit einem leichten retroreflektierenden Marker ausgestattet, der ihm einen vollen Bewegungsspielraum ermöglicht", so Dr. Vo-Doan.
Der Marker wird mit Hilfe eines optischen Robotersensors verfolgt. Er verwendet eine paraxiale Art von Infrarot-Beleuchtung. Dieses relativ einfache Bildverarbeitungssystem kann ein Insekt innerhalb von Millisekunden lokalisieren.
"Indem wir den optischen Pfad mit einer Hochgeschwindigkeitskamera teilen, können wir genaue, hochauflösende Zeitlupenbilder des Insekts in freier Wildbahn aufnehmen. Durch die Kombination des FLO-Systems mit einer Drohne können wir die Verfolgungsreichweite in der freien Natur auf mehr als 100 Meter ausweiten.
Das geheime Leben der Insekten
Obwohl Insekten für Ökosysteme auf der ganzen Welt wichtig sind , weiß man noch wenig über ihr Verhalten. Fliegende Insekten können schwer zu überblicken sein. Bienen zum Beispiel sind wichtige Bestäuber, die die biologische Vielfalt und die Ernährungssicherheit aufrechterhalten. Die geringe Größe und Geschwindigkeit dieser Insekten macht es schwierig, sie in ihrer natürlichen Umgebung zu untersuchen.
"Stationäre Kameras können hochauflösende Bilder aufnehmen, aber nur solange, bis das Insekt fliegt. Radaranlagen können sie über eine gewisse Entfernung verfolgen, aber keine Bilder mit hoher Vergrößerung liefern", so Dr. Vo-Doan.
Detaillierte Beobachtung
Die vorgeschlagene FLO-Technologie ermöglicht es den Forschern, ein Insekt über Kilometer hinweg zu verfolgen und es im Detail zu beobachten. Mit FLO verfügt das Team über "hochvergrößernde oder hochauflösende Bilder des Insekts, sodass wir wissen, wie sich die Insekten verhalten und was sie tun".
"Wenn das Insekt in der Natur navigiert, landet es zum Beispiel auf der Blüte. Wir wissen, wohin sich der Kopf oder die Augen bewegen, wie die Flügel mit der Umgebung interagieren oder wie die Beine nach der Nahrung greifen.
So können sie sehen, wie Insekten mit ihrer Umgebung interagieren und auf Bedingungen wie Regenwetter, Hindernisse oder Fressfeinde reagieren. Sie können sogar genau sehen, wie eine Biene ihren Kopf und ihre Augen beim Fliegen bewegt, wie sich ihre Flügel bewegen, wenn sie auf Blüten landet, oder wie ihre Beine nach Nahrung greifen.
Welche Insekten wurden aufgespürt?
Die Wissenschaftler waren in der Lage, Honigbienen, Hummeln und Heuschrecken zu verfolgen. In Zukunft könnte die Technologie auf eine breitere Palette von Insekten angewendet werden. Sie könnte sogar eingesetzt werden, um das Verhalten der in Australien heimischen stachellosen Bienen zu verstehen. Genaue Daten über den Flug und die Bewegung von Insekten über große Gebiete können Informationen über Biosicherheit, biologische Vielfalt, Schädlingsbekämpfung und Insektenrückgang liefern. Dies kann in einer Zeit, in der die Welt mit dem Verlust von Lebensräumen und dem Klimawandel konfrontiert ist, sehr wertvoll sein.
Forschung, die das "geheime Leben der Insekten" besser sichtbar macht , kann das Wissen und das Bewusstsein über den Rückgang der Insekten fördern. Die Auswirkungen von Stressfaktoren wie Klimawandel, Umweltverschmutzung oder Pestiziden auf Insektenpopulationen können aufgedeckt werden, so dass sie unterstützt und wiederhergestellt werden können.
Quellenhinweis:
- High-resolution outdoor videography of insects using Fast Lock-On tracking. Published in Science Robotics. Vo-Doan et al (2024). Straw Lab, University of Freiburg.